WO2021019105A1 - Flash butt welding equipment evaluation device and associated evaluation method - Google Patents
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- WO2021019105A1 WO2021019105A1 PCT/ES2019/070542 ES2019070542W WO2021019105A1 WO 2021019105 A1 WO2021019105 A1 WO 2021019105A1 ES 2019070542 W ES2019070542 W ES 2019070542W WO 2021019105 A1 WO2021019105 A1 WO 2021019105A1
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- B23K11/04—Flash butt welding
Definitions
- the present invention falls within the technical field of resistance welding; more specifically in that of flash butt welding, and refers in particular to a device for evaluating the status of welding equipment, preferably those used in sputter welding, and a procedure for evaluating welding equipment associated with said device .
- Splash welding also known as FBW welding (Flash Butt Welding)
- FBW welding Flash Butt Welding
- FBW welding Flash Butt Welding
- EP1342529 describes a method and a device for controlling the spark welding process of two metallic pieces comprising means for continuous measurement of a set of electrical welding parameters, said parameters being at least the voltage and intensity of the welding current that passes between two pairs of jaws.
- the object of the invention consists of a device for evaluating equipment FBW welding that makes it possible to determine the presence of debris, mainly in the form of metallic projections, accumulated in said welding equipment, and consequently estimate their ability to carry out welding operations under acceptable conditions.
- the invention also includes an evaluation procedure for FBW welding equipment associated with the device.
- FBW welding equipment for the realization of a spark butt welding of two metal parts arranged opposite each other along a longitudinal axis of movement, typically comprise at least:
- both frames being made of an electrical insulating material through which a current conducting element runs
- some electric welding means which in turn comprise an electric current source having two poles connected by means of the current-conducting element, respectively, to the two pairs of clamping jaws,
- the device for evaluating these welding equipment, and the method associated with it, is based on the detection of parasitic currents generated by accumulated waste in the form of metallic projections on the welding equipment.
- the eddy currents generate losses of current and electrical energy at the ends of the pieces where the welded joint is generated.
- the device comprises a flexible current meter, coupled to the FBW welding equipment, and a power source and a high-sensitivity monitoring element, both in turn connected to the flexible current meter.
- the flexible current meter is, in a preferred embodiment of the device, a Rogowski coil, of essentially annular geometry, which allows its easy adaptation to the geometry and special dimensions of the welding equipment.
- the device's flexible current meter is temporarily coupled to the welding equipment when it is idle, without metal parts to be welded, to detect eddy currents derived from accumulated metal projections when said equipment is activated.
- welding equipment When welding equipment is operating and welding parts, it may be necessary to remove the meter, since the current flowing is so strong that it could render it useless.
- the FBW welding equipment evaluation procedure associated with the device described above, comprises the following stages:
- the visualization of the data related to the eddy currents collected by the flexible current meter, and its comparison with the previously established eddy current levels, allows to establish the degree of accumulation of metallic projections and other debris in the FBW welding equipment.
- the evaluator can make a decision, based on objective data, about whether or not to carry out maintenance actions, in order to guarantee the quality of the joints and the integrity of the equipment.
- the FBW welding equipment evaluation device thus described is a simple, economical and reliable solution to determine the status of the welding equipment, with a high degree of precision that allows determining the optimal moment to carry out the necessary maintenance operations and in this way to ensure the quality of the welded joints.
- Figure 1. Shows a schematic view of the device installed in a FBW welding equipment, in which its main constituent elements can be seen.
- Figure 2. Shows a schematic diagram that relates the current intensity (in amps) measured by the device, related to its variation over time (in seconds), to determine threshold values of current intensity.
- the described FBW welding equipment evaluation device is intended for the detection of eddy currents derived from the accumulation of metallic projections and other debris in FBW welding equipment, to determine the optimal moment to carry out the necessary maintenance tasks and ensure the quality of the welded joints.
- the FBW welding equipment allows to butt weld two metal parts arranged opposite each other along a longitudinal axis of displacement, and for this it comprises:
- both frames (1, T) being made of a material with electrical insulation capacity;
- some electric welding elements comprising an electric current source with two poles connected, respectively, to the two pairs of clamping jaws (2, 2 ') through the current conducting elements, and
- the evaluation device shown schematically in figure 1, comprises a flexible current meter (3), coupleable to the welding equipment, a power source (4) and a high sensitivity monitoring element (5) both connected to its once to the flexible current meter (3).
- the device additionally comprises display and control means (6), linked to the monitoring element (5), in this case consisting of computer equipment configured for said purpose.
- the flexible current meter (3) consists in this preferred embodiment of a Rogowski coil that can be coupled to the current conducting elements of both the fixed frame (1) and those corresponding to the moving frame (1 ') of the FBW welding equipment, for detection of eddy currents generated by accumulated metallic projections.
- the Rogowski coil is an electronic device used as a transducer for measuring alternating current or fast current pulses. It consists mainly of a coil of helix-shaped wire, wound around a circumference, like a torus, but with an air core, in which the two terminals are close to each other.
- the coil closes around the element in which the current is to be measured, in this case one of the conductors of the welding equipment through which the current circulates, and given that the voltage induced in the coil by the power source (4) is proportional to the speed with which the current measured on the frame (1, 1 ') in question varies, or to its temporal derivative, the output obtained in the Rogowski coil is usually connected to an integrating device to obtain the signal proportional to the current flowing through the conductive elements.
- Rogowski coil compared to other types of current meters is that due to its design it can be open and flexible, which allows it to measure a conductive element without disturbing it. Since the Rogowski coil does not have an iron core, but an air core, it allows for a low inductance and response to rapidly varying currents. Furthermore, the absence of a saturating iron core provides high linearity, even when measuring large currents, such as those observed in transmission of high power electrical energy or FBW welding of large section parts.
- Rogowski coil Another advantage of the Rogowski coil compared to other types of current meters is its ease of assembly and disassembly, making the evaluation procedure object of the present invention present a low technical complexity of application and reduced evaluation time.
- the monitoring element (5) consists of an oscilloscope connected to the flexible current meter (3), which allows the visualization of the small current variations measured by it.
- this preferred embodiment incorporates display and control means (6), consisting of computer equipment connected to the monitoring element (5).
- Said computer equipment suitably configured to display and control the parasitic current values detected by the flexible current meter (3) in one of the welding equipment conductors through which the current circulates (1), has stored values eddy current values previously determined for the welding equipment in an optimal state, after exhaustive cleaning and adjustment, which are used as standard values.
- the parasitic current detected by the flexible current meter (3) will have a value considered acceptable, in comparison with the previously determined standard values. If said parasitic current has abnormally high values, it is indicative of a degree of dirt accumulated on the frame in question (1, 1 ') that makes it necessary to carry out maintenance and cleaning operations on the welding equipment.
- the attached figure 2 shows a schematic diagram that relates the current intensity (in amps) measured by the device, related to its variation over time (in seconds), to determine threshold values of current intensity detected that indicate in an approximate way the amount of accumulated waste.
- an intensity value corresponds to the one determined by the device when the FBW welding equipment is completely free of debris, either because it is new or has been subjected to an exhaustive cleaning, so it could be considered as the level of parasitic current inherent in the equipment itself, due to the characteristics of its construction elements.
- An intensity value equal to or less than ah would give rise to a positive evaluation, since it would be related to an eddy current generated by a level of accumulated debris that does not compromise the correct operation of the FBW welding equipment, therefore no action is required. maintenance.
- the intensity value determined as ax is the maximum intensity threshold level determined by the device, up to which it can be considered acceptable, in which the equipment works correctly and the quality of the welded joints obtained is not compromised.
- Intensity values higher than said ax give rise to a negative evaluation, since they are parasitic current values that are related to a level of accumulated waste such that it would compromise the correct operation of the FBW welding equipment. When this level is reached or exceeded, it would be necessary to carry out maintenance actions.
- indicator elements linked to the monitoring element or to the display and control means, for automatic issuance of a warning when previously established current values are exceeded.
- Said indicator elements can be both visual and acoustic in nature, and represent an additional element to help an evaluator in making decisions.
- the FBW welding equipment evaluation procedure associated with the device described above, comprises the following stages:
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
Abstract
The present invention relates to an evaluation device for evaluating FBW welding equipment, wherein the equipment comprises at least one fixed frame (1) and one movable frame (1'), current conducting elements running along the inside of the frames (1, 1'), two pairs of clamps (2, 2') for holding the metal parts to be welded, and electrical welding elements. The device comprises a current meter (3) that can be connected to the current conducting elements for detecting stray currents generated by metallic weld spatters accumulated on the equipment, an external power supply source (4) linked to the current meter (3), a monitoring element (5) connected to the current meter (3) for viewing current variations determined by said current meter (3), and viewing and control means (6) for tracking the current variations determined by the current meter (3).
Description
DISPOSITIVO DE EVALUACIÓN DE EQUIPOS DE SOLDADURA FBW Y PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN ASOCIADO FBW WELDING EQUIPMENT EVALUATION DEVICE AND ASSOCIATED EVALUATION PROCEDURE
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se encuadra en el campo técnico de la soldadura por resistencia; más concretamente en el de la soldadura a tope por chispa, y se refiere en particular a un dispositivo de evaluación del estado de equipos de soldadura, preferentemente los empleados en soldadura por chisporroteo, y a un procedimiento de evaluación de equipos de soldadura asociado a dicho dispositivo. The present invention falls within the technical field of resistance welding; more specifically in that of flash butt welding, and refers in particular to a device for evaluating the status of welding equipment, preferably those used in sputter welding, and a procedure for evaluating welding equipment associated with said device .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
La soldadura mediante chisporroteo, también conocida como soldadura FBW por sus siglas en inglés (Flash Butt Welding), es una tecnología de soldadura donde típicamente se producen una gran cantidad de chispas, proyecciones metálicas, suciedad y otros desechos, especialmente en los casos donde se sueldan entre sí piezas de grandes secciones, como por ejemplo vigas, perfiles ferroviarios, bridas para torres eólicas o eslabones de cadenas. Splash welding, also known as FBW welding (Flash Butt Welding), is a welding technology where a large amount of sparks, metal projections, dirt and other debris are typically produced, especially in cases where they are they weld together large section pieces, such as beams, railway profiles, flanges for wind towers or chain links.
Es habitual que, durante la fabricación en continuo, estos desechos se acumulen en partes críticas de los equipos de soldadura FBW afectando a su funcionamiento, con lo que se reduce la calidad de las uniones soldadas e incluso se produce el deterioro del propio equipo. En este sentido, el principal problema suele ser la generación de circuitos conductores de corriente por parte de las proyecciones metálicas, circuitos a través de los que se produce una fuga de corriente y una conducción no deseada, que reducen la corriente disponible para la realización de la soldadura. It is common for these wastes to accumulate in critical parts of FBW welding equipment during continuous manufacturing, affecting their operation, thereby reducing the quality of the welded joints and even deteriorating the equipment itself. In this sense, the main problem is usually the generation of current conducting circuits by metallic projections, circuits through which a current leakage and unwanted conduction occurs, which reduce the current available for carrying out the the welder.
Actualmente, la evaluación del estado de los equipos de soldadura FBW y la determinación del momento óptimo para realizar las tareas de mantenimiento necesarias se realizan únicamente en base a la experiencia y opinión subjetiva de operarios experimentados que visualizan los equipos. Esto lleva a realizar labores de
mantenimiento excesivamente tempranas o tardías, siendo en ambos casos contraproducentes. Currently, the evaluation of the condition of FBW welding equipment and the determination of the optimal moment to carry out the necessary maintenance tasks are carried out solely on the basis of the experience and subjective opinion of experienced operators who visualize the equipment. This leads to carrying out excessively early or late maintenance, being in both cases counterproductive.
El realizar estas acciones con demasiada antelación supone unas paradas de producción innecesarias y un incremento en los costes de fabricación y mantenimiento. A su vez, las acciones de mantenimiento demasiado tardías se traducen en la fabricación de piezas en malas condiciones, de modo que se incrementan los costes de fabricación y aumenta el peligro de generar piezas con mala calidad de soldadura. Además, existe el riesgo de que se produzcan deterioros importantes de los propios equipos de soldadura FBW que se traducen en altos costes de reparación. Taking these actions too far in advance results in unnecessary production stops and increased manufacturing and maintenance costs. In turn, maintenance actions that are too late lead to the manufacture of parts in poor condition, thus increasing manufacturing costs and increasing the danger of generating parts with poor welding quality. In addition, there is a risk of significant damage to the FBW welding equipment itself, resulting in high repair costs.
Hay que considerar asimismo las elevadas dimensiones que habitualmente presentan los equipos de soldadura FBW, así como la robustez de sus elementos y la dificultad de acceso a determinadas partes internas. The large dimensions that FBW welding equipment usually present must also be considered, as well as the robustness of its elements and the difficulty of access to certain internal parts.
Se conocen en el actual estado de la técnica una gran variedad de dispositivos para control del proceso de soldadura en sí, pero no del estado de los propios dispositivos que permiten realizar la operación de soldadura. Por ejemplo, la patente europea con número de publicación EP1342529 describe un procedimiento y un dispositivo de control del proceso de soldadura por chispas de dos piezas metálicas que comprende unos medios de medición continua de un conjunto de parámetros eléctricos de soldadura, siendo dichos parámetros al menos la tensión y la intensidad de la corriente de soldadura que pasa entre dos pares de mordazas. A great variety of devices are known in the current state of the art for controlling the welding process itself, but not the state of the devices themselves that allow the welding operation to be carried out. For example, the European patent with publication number EP1342529 describes a method and a device for controlling the spark welding process of two metallic pieces comprising means for continuous measurement of a set of electrical welding parameters, said parameters being at least the voltage and intensity of the welding current that passes between two pairs of jaws.
Existe por tanto la necesidad de disponer de dispositivos que permitan evaluar el estado de conservación de los equipos de soldadura FBW de la manera más sencilla, precisa y fiable posible, en base a parámetros objetivos, relevantes y claramente establecidos, para así poder realizar las necesarias tareas de mantenimiento en el momento óptimo y evitar los inconvenientes anteriormente mencionados. Therefore, there is a need for devices that allow evaluating the state of conservation of FBW welding equipment in the simplest, most precise and reliable way possible, based on objective, relevant and clearly established parameters, in order to carry out the necessary maintenance tasks at the optimal time and avoid the aforementioned inconveniences.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
El objeto de la invención consiste en un dispositivo de evaluación de equipos de
soldadura FBW que permite determinar la presencia de desechos, principalmente en forma de proyecciones metálicas, acumulados en dichos equipos de soldadura, y estimar en consecuencia su aptitud para realizar operaciones de soldadura en condiciones aceptables. La invención también comprende un procedimiento de evaluación de equipos de soldadura FBW asociado al dispositivo. The object of the invention consists of a device for evaluating equipment FBW welding that makes it possible to determine the presence of debris, mainly in the form of metallic projections, accumulated in said welding equipment, and consequently estimate their ability to carry out welding operations under acceptable conditions. The invention also includes an evaluation procedure for FBW welding equipment associated with the device.
Los equipos de soldadura FBW para realización de una soldadura a tope por chispas de dos piezas metálicas dispuestas una frente a otra a lo largo de un eje longitudinal de desplazamiento, comprenden típicamente al menos: FBW welding equipment for the realization of a spark butt welding of two metal parts arranged opposite each other along a longitudinal axis of movement, typically comprise at least:
- un bastidor fijo y un bastidor móvil, desplazable con relación al bastidor fijo, estando ambos bastidores realizados en un material aislante eléctrico por cuyo interior discurre un elemento conductor de corriente, - a fixed frame and a mobile frame, movable relative to the fixed frame, both frames being made of an electrical insulating material through which a current conducting element runs,
- dos pares de mordazas de sujeción de las respectivas piezas metálicas, montadas respectivamente sobre cada uno de los bastidores y vinculadas a sus respectivos conductores de corriente, - Two pairs of clamping jaws of the respective metal parts, respectively mounted on each of the frames and linked to their respective current conductors,
- unos medios eléctricos de soldadura, que comprenden a su vez una fuente de corriente eléctrica que presenta dos polos conectados mediante el elemento conductor de corriente, respectivamente, a los dos pares de mordazas de sujeción, - some electric welding means, which in turn comprise an electric current source having two poles connected by means of the current-conducting element, respectively, to the two pairs of clamping jaws,
- unos mandos de la sujeción de los dos pares de mordazas, respectivamente cerca de un extremo de detrás, en el sentido del desplazamiento, de la primera pieza y cerca de un extremo de delante de la segunda pieza, y - some controls for the clamping of the two pairs of jaws, respectively near a rear end, in the direction of movement, of the first part and near a front end of the second part, and
- unos mandos del desplazamiento longitudinal del bastidor móvil con relación al bastidor fijo, para poner en contacto íntimo, o a una separación controlada, los extremos de detrás y delante de cada una de las piezas metálicas a soldar. - Some controls for the longitudinal displacement of the mobile frame in relation to the fixed frame, to bring into close contact, or at a controlled separation, the ends behind and in front of each of the metal pieces to be welded.
Mediante el paso de una corriente eléctrica por el elemento conductor y hasta las mordazas, en el que dicha corriente presenta una tensión y unas intensidades previamente determinadas, el procedimiento de soldadura se realiza en dos fases sucesivas principales: Through the passage of an electric current through the conductive element and into the jaws, in which said current has a voltage and previously determined intensities, the welding procedure is carried out in two main successive phases:
- una primera fase de generación de chispas para el calentamiento de los extremos de las piezas metálicas en contacto a una temperatura de soldadura, y la producción de una serie de micro-contactos eléctricos con proyección de chispas a lo largo de
dichos extremos, y - a first phase of generation of sparks for heating the ends of the metal parts in contact to a welding temperature, and the production of a series of electrical micro-contacts with projection of sparks along said extremes, and
- una segunda fase de forjado, en la que el bastidor móvil se aproxima al bastidor fijo, produciendo un aplastamiento mutuo de los extremos calentados sobre una longitud de forjado. - a second stage of forging, in which the mobile frame approaches the fixed frame, producing a mutual flattening of the heated ends over a length of forging.
El dispositivo de evaluación de estos equipos de soldadura, y el método a él asociado, se fundamenta en la detección de unas corrientes parásitas generadas por los desechos acumulados en forma de proyecciones metálicas sobre los equipos de soldadura. Las corrientes parásitas generan pérdidas de corriente y energía eléctrica en los extremos de las piezas donde se genera la unión soldada. The device for evaluating these welding equipment, and the method associated with it, is based on the detection of parasitic currents generated by accumulated waste in the form of metallic projections on the welding equipment. The eddy currents generate losses of current and electrical energy at the ends of the pieces where the welded joint is generated.
Para ello, el dispositivo comprende un medidor flexible de corriente, acoplable al equipo de soldadura FBW, y una fuente de alimentación y un elemento de monitorización de alta sensibilidad, conectados ambos a su vez al medidor flexible de corriente. To this end, the device comprises a flexible current meter, coupled to the FBW welding equipment, and a power source and a high-sensitivity monitoring element, both in turn connected to the flexible current meter.
El medidor flexible de corriente es, en una realización preferente del dispositivo, una bobina de Rogowski, de geometría esencialmente anular, que permite su fácil adaptación a la geometría y dimensiones especiales del equipo de soldadura. The flexible current meter is, in a preferred embodiment of the device, a Rogowski coil, of essentially annular geometry, which allows its easy adaptation to the geometry and special dimensions of the welding equipment.
El medidor flexible de corriente del dispositivo se acopla temporalmente al equipo de soldadura cuando éste se encuentra en vacío, sin piezas metálicas a soldar, para realizar la detección de corrientes parásitas derivadas de las proyecciones metálicas acumuladas cuando se activa dicho equipo. Cuando el equipo de soldadura está en funcionamiento y soldando piezas, puede ser necesario extraer el medidor, dado que la corriente que circula es tan intensa que podría llegar a inutilizarlo. The device's flexible current meter is temporarily coupled to the welding equipment when it is idle, without metal parts to be welded, to detect eddy currents derived from accumulated metal projections when said equipment is activated. When welding equipment is operating and welding parts, it may be necessary to remove the meter, since the current flowing is so strong that it could render it useless.
El procedimiento de evaluación de equipos de soldadura FBW, asociado al dispositivo anteriormente descrito, comprende las siguientes etapas: The FBW welding equipment evaluation procedure, associated with the device described above, comprises the following stages:
- colocación del medidor flexible de corriente, vinculado a la fuente de alimentación y al elemento de monitorización, sobre uno de los elementos conductores del bastidor del equipo de soldadura FBW, estando este equipo apagado y en vacío; - Placement of the flexible current meter, linked to the power source and the monitoring element, on one of the conductive elements of the frame of the FBW welding equipment, this equipment being off and empty;
- aislamiento de los elementos conductores del equipo, típicamente las mordazas de
sujeción, para evitar la circulación de la corriente de soldadura; - insulation of the conductive elements of the equipment, typically the jaws of clamping, to prevent the circulation of the welding current;
- encendido del equipo y activación de energía eléctrica del equipo de soldadura, en estado de aislamiento entre las mordazas debido a su separación y aislamiento entre sí; - ignition of the equipment and activation of electrical energy of the welding equipment, in a state of isolation between the jaws due to their separation and isolation from each other;
- detección y determinación del valor de la corriente circulante por los elementos aislantes o los desechos acumulados en el equipo de soldadura, en caso de que ésta se produzca, por parte del medidor flexible de corriente; y - Detection and determination of the value of the current circulating through the insulating elements or the waste accumulated in the welding equipment, in the event that this occurs, by the flexible current meter; Y
- visualización y seguimiento, en el elemento de monitorización, de los valores determinados por el medidor flexible de corriente, para determinación del estado de conservación del equipo de soldadura. - visualization and monitoring, in the monitoring element, of the values determined by the flexible current meter, to determine the state of conservation of the welding equipment.
Previamente a este procedimiento de evaluación rutinaria, en un momento en el que el equipo de soldadura esté nuevo o se encuentre limpio de desechos tras la realización de una limpieza exhaustiva, es necesario realizar una evaluación previa, también referida como evaluación-patrón, que permita determinar y calibrar los niveles de corriente parásita inherentes al propio equipo y derivados de las características de sus elementos constructivos, para así poder diferenciar esta corriente parásita propia e inevitable de aquella debida a la presencia de proyecciones metálicas de soldadura, que es la que se pretende determinar. Prior to this routine evaluation procedure, at a time when the welding equipment is new or clean of debris after carrying out an exhaustive cleaning, it is necessary to carry out a previous evaluation, also referred to as a standard evaluation, which allows determine and calibrate the parasitic current levels inherent to the equipment itself and derived from the characteristics of its construction elements, in order to differentiate this own and inevitable parasitic current from that due to the presence of metallic welding projections, which is the one intended decide.
Las sucesivas mediciones de intensidad de corriente parásita presente en los elementos aislantes del equipo, y su comparación con el valor-patrón, determinan un valor umbral de corriente parásita indicativo de la necesidad de proceder con las operaciones de limpieza y mantenimiento en el equipo de soldadura. Successive measurements of the intensity of the parasitic current present in the insulating elements of the equipment, and their comparison with the standard value, determine a threshold value of parasitic current indicative of the need to proceed with cleaning and maintenance operations on the welding equipment. .
Asimismo, existen determinados modelos de equipos de soldadura FBW en los que es necesaria la presencia de un elemento vinculado a las mordazas para poder proceder al encendido y funcionamiento del equipo, al igual que sucedería con la inserción de las piezas metálicas a soldar. Esto se debe a que dichos equipos incorporan sistemas de seguridad que impiden su funcionamiento“en vacío”, para evitar así posibles accidentes. Likewise, there are certain models of FBW welding equipment in which the presence of an element linked to the jaws is necessary to be able to start and operate the equipment, as would happen with the insertion of the metal parts to be welded. This is due to the fact that such equipment incorporates safety systems that prevent its operation "in vacuum", thus avoiding possible accidents.
En este caso, para poder poner el equipo de soldadura FBW en marcha y realizar el procedimiento de evaluación, es necesaria la inserción de un componente,
normalmente similar a una pieza a soldar, entre las mordazas de sujeción, en una etapa previa al encendido del equipo. In this case, in order to start up the FBW welding equipment and carry out the evaluation procedure, it is necessary to insert a component, normally similar to a piece to be welded, between the clamping jaws, in a stage prior to starting the equipment.
La visualización de los datos relativos a las corrientes parásitas recogidos por el medidor flexible de corriente, y su comparación con los niveles de corriente parásita previamente establecida, permite establecer el grado de acumulación de proyecciones metálicas y demás desechos en el equipo de soldadura FBW. The visualization of the data related to the eddy currents collected by the flexible current meter, and its comparison with the previously established eddy current levels, allows to establish the degree of accumulation of metallic projections and other debris in the FBW welding equipment.
A la luz de dichos datos, el evaluador puede realizar una toma de decisión, fundamentada en datos objetivos, acerca de la procedencia o no de realizar acciones de mantenimiento, con el fin de garantizar la calidad de las uniones y la integridad del equipo. In light of these data, the evaluator can make a decision, based on objective data, about whether or not to carry out maintenance actions, in order to guarantee the quality of the joints and the integrity of the equipment.
El dispositivo de evaluación de equipos de soldadura FBW así descrito supone una solución sencilla, económica y fiable de determinar el estado del equipo de soldadura, con un alto grado de precisión que permite determinar el momento óptimo para proceder a realizar las necesarias operaciones de mantenimiento y de esa manera asegurar la calidad de las uniones soldadas. The FBW welding equipment evaluation device thus described is a simple, economical and reliable solution to determine the status of the welding equipment, with a high degree of precision that allows determining the optimal moment to carry out the necessary maintenance operations and in this way to ensure the quality of the welded joints.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of a practical embodiment thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:
Figura 1.- Muestra una vista esquemática del dispositivo instalado en un equipo de soldadura FBW, en la que se aprecian sus principales elementos constituyentes. Figure 1.- Shows a schematic view of the device installed in a FBW welding equipment, in which its main constituent elements can be seen.
Figura 2.- Muestra un diagrama esquemático que relaciona la intensidad de corriente (en amperios) medida por el dispositivo, relacionada con su variación a lo largo del tiempo (en segundos), para determinación de unos valores-umbral de intensidad de corriente.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Figure 2.- Shows a schematic diagram that relates the current intensity (in amps) measured by the device, related to its variation over time (in seconds), to determine threshold values of current intensity. PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Seguidamente se proporciona, con ayuda de las figuras anteriormente referidas, una explicación detallada de un ejemplo de realización preferente del objeto de la presente invención. A detailed explanation of a preferred embodiment of the object of the present invention is provided below, with the aid of the aforementioned figures.
El dispositivo de evaluación de equipos de soldadura FBW que se describe está destinado a la detección de corrientes parásitas derivadas de la acumulación de proyecciones metálicas y demás desechos en equipos de soldadura FBW, para determinación del momento óptimo de realización de las necesarias tareas de mantenimiento y asegurar la calidad de las uniones soldadas. The described FBW welding equipment evaluation device is intended for the detection of eddy currents derived from the accumulation of metallic projections and other debris in FBW welding equipment, to determine the optimal moment to carry out the necessary maintenance tasks and ensure the quality of the welded joints.
El equipo de soldadura FBW permite realizar la soldadura a tope de dos piezas metálicas dispuestas una frente a otra a lo largo de un eje longitudinal de desplazamiento, y para ello comprende: The FBW welding equipment allows to butt weld two metal parts arranged opposite each other along a longitudinal axis of displacement, and for this it comprises:
- un bastidor fijo (1) y un bastidor móvil (T) desplazable con relación al bastidor fijo (1), estando ambos bastidores (1 , T) realizados en un material con capacidad de aislamiento eléctrico; - a fixed frame (1) and a movable frame (T) movable relative to the fixed frame (1), both frames (1, T) being made of a material with electrical insulation capacity;
- unos elementos conductores de corriente, no representados en las figuras adjuntas, que discurren respectivamente por el interior del bastidor fijo (1) y el bastidor móvil - current conducting elements, not represented in the attached figures, which respectively run inside the fixed frame (1) and the mobile frame
O '); O ');
- dos pares de mordazas (2, 2') para sujeción de las piezas metálicas, montadas respectivamente sobre el bastidor fijo (1) y el bastidor móvil (T) y conectadas a sus respectivos conductores de corriente, estando ambos pares de mordazas (2, 2') realizados en un material con capacidad de transmisión eléctrica; - Two pairs of jaws (2, 2 ') for clamping the metal parts, respectively mounted on the fixed frame (1) and the mobile frame (T) and connected to their respective current conductors, both pairs of jaws (2 , 2 ') made of a material with electrical transmission capacity;
- unos elementos eléctricos de soldadura que comprenden una fuente de corriente eléctrica con dos polos conectados, respectivamente, a los dos pares de mordazas (2, 2’) de sujeción a través de los elementos conductores de corriente, y - some electric welding elements comprising an electric current source with two poles connected, respectively, to the two pairs of clamping jaws (2, 2 ') through the current conducting elements, and
- unos mandos para control del desplazamiento longitudinal del bastidor móvil (T) respecto al bastidor fijo (1), para puesta en contacto íntimo o separación controlada de las dos piezas metálicas y regulación del paso de una corriente eléctrica a través de las mordazas (2, 2'), cuando ambas piezas están en contacto.
El dispositivo de evaluación, mostrado esquemáticamente en la figura 1 , comprende un medidor flexible de corriente (3), acoplable al equipo de soldadura, una fuente de alimentación (4) y un elemento de monitorización (5) de alta sensibilidad conectados ambos a su vez al medidor flexible de corriente (3). En la realización preferente aquí descrita, el dispositivo comprende adicionalmente unos medios de visualización y control (6), vinculados al elemento de monitorización (5), consistentes en este caso en un equipo informático configurado para dicho fin. - Some controls to control the longitudinal displacement of the mobile frame (T) with respect to the fixed frame (1), for bringing the two metal parts into close contact or controlled separation and regulating the passage of an electric current through the jaws (2 , 2 '), when both pieces are in contact. The evaluation device, shown schematically in figure 1, comprises a flexible current meter (3), coupleable to the welding equipment, a power source (4) and a high sensitivity monitoring element (5) both connected to its once to the flexible current meter (3). In the preferred embodiment described here, the device additionally comprises display and control means (6), linked to the monitoring element (5), in this case consisting of computer equipment configured for said purpose.
El medidor flexible de corriente (3) consiste en esta realización preferente en una bobina de Rogowski acoplable a los elementos conductores de corriente tanto del bastidor fijo (1) como los correspondientes al bastidor móvil (1’) del equipo de soldadura FBW, para detección de corrientes parásitas generadas por proyecciones metálicas acumuladas. The flexible current meter (3) consists in this preferred embodiment of a Rogowski coil that can be coupled to the current conducting elements of both the fixed frame (1) and those corresponding to the moving frame (1 ') of the FBW welding equipment, for detection of eddy currents generated by accumulated metallic projections.
La bobina de Rogowski es un dispositivo electrónico empleado como transductor para medición de corriente alterna o pulsos rápidos de corriente. Consiste principalmente en una bobina de cable en forma de hélice, arrollada alrededor de una circunferencia, como un toroide, pero con un núcleo de aire, en el que las dos terminales están cercanas entre sí. The Rogowski coil is an electronic device used as a transducer for measuring alternating current or fast current pulses. It consists mainly of a coil of helix-shaped wire, wound around a circumference, like a torus, but with an air core, in which the two terminals are close to each other.
La bobina se cierra alrededor del elemento en el cual se desea medir la corriente, en este caso uno de los conductores del equipo de soldadura por donde circula la corriente, y dado que el voltaje inducido en la bobina por la fuente de alimentación (4) es proporcional a la velocidad con la que varía la corriente que se mide sobre el bastidor (1 , 1’) en cuestión, o a su derivada temporal, la salida obtenida en la bobina de Rogowski es usualmente conectada a un dispositivo integrador para obtener la señal proporcional a la corriente que circula a través de los elementos conductores. The coil closes around the element in which the current is to be measured, in this case one of the conductors of the welding equipment through which the current circulates, and given that the voltage induced in the coil by the power source (4) is proportional to the speed with which the current measured on the frame (1, 1 ') in question varies, or to its temporal derivative, the output obtained in the Rogowski coil is usually connected to an integrating device to obtain the signal proportional to the current flowing through the conductive elements.
Una ventaja de la bobina de Rogowski frente a otros tipos de medidores de corriente es que por su diseño puede ser abierto y flexible, lo cual permite medir un elemento conductor sin perturbarlo. Dado que la bobina de Rogowski no tiene núcleo de hierro, sino de aire, permite tener una baja inductancia y respuesta a corrientes de rápida variación. Además, la ausencia de un núcleo de hierro que sature proporciona una alta linealidad, aun midiendo grandes corrientes, tales como las que se observan en
transmisión de energía eléctrica de alta potencia o soldadura FBW de piezas de gran sección. An advantage of the Rogowski coil compared to other types of current meters is that due to its design it can be open and flexible, which allows it to measure a conductive element without disturbing it. Since the Rogowski coil does not have an iron core, but an air core, it allows for a low inductance and response to rapidly varying currents. Furthermore, the absence of a saturating iron core provides high linearity, even when measuring large currents, such as those observed in transmission of high power electrical energy or FBW welding of large section parts.
Otra ventaja de la bobina de Rogowski frente a otros tipos de medidores de corriente es su facilidad de montaje y desmontaje, haciendo que el procedimiento de evaluación objeto de la presente invención presente una baja complejidad técnica de aplicación y tiempo de evaluación reducido. Another advantage of the Rogowski coil compared to other types of current meters is its ease of assembly and disassembly, making the evaluation procedure object of the present invention present a low technical complexity of application and reduced evaluation time.
En esta realización preferente, el elemento de monitorización (5) consiste en un osciloscopio conectado al medidor flexible de corriente (3), el cual permite la visualización de las pequeñas variaciones de corriente medidas por éste. Como se ha indicado anteriormente, esta realización preferente incorpora medios de visualización y control (6), consistentes en un equipo informático conectado al elemento de monitorización (5). In this preferred embodiment, the monitoring element (5) consists of an oscilloscope connected to the flexible current meter (3), which allows the visualization of the small current variations measured by it. As previously indicated, this preferred embodiment incorporates display and control means (6), consisting of computer equipment connected to the monitoring element (5).
Dicho equipo informático, adecuadamente configurado para realizar la visualización y control de los valores de corriente parásita detectados por el medidor flexible de corriente (3) en uno de los conductores del equipo de soldadura por donde circula la corriente (1), tiene almacenados unos valores de corriente parásita previamente determinados para el equipo de soldadura en un estado óptimo, tras una limpieza y ajuste exhaustivos, los cuales se emplean como valores-patrón. Said computer equipment, suitably configured to display and control the parasitic current values detected by the flexible current meter (3) in one of the welding equipment conductors through which the current circulates (1), has stored values eddy current values previously determined for the welding equipment in an optimal state, after exhaustive cleaning and adjustment, which are used as standard values.
En caso de que el equipo de soldadura se encuentre en un estado de conservación correcto, la corriente parásita detectada por el medidor flexible de corriente (3) tendrá un valor considerado como aceptable, en comparación con los valores-patrón determinados previamente. Si dicha corriente parásita presenta unos valores anormalmente altos, es indicativo de un grado de suciedad acumulada sobre el bastidor en cuestión (1 , 1’) que hace necesaria la realización de operaciones de mantenimiento y limpieza en el equipo de soldadura. In the event that the welding equipment is in a correct state of conservation, the parasitic current detected by the flexible current meter (3) will have a value considered acceptable, in comparison with the previously determined standard values. If said parasitic current has abnormally high values, it is indicative of a degree of dirt accumulated on the frame in question (1, 1 ') that makes it necessary to carry out maintenance and cleaning operations on the welding equipment.
En la figura 2 adjunta se muestra un diagrama esquemático que relaciona la intensidad de corriente (en amperios) medida por el dispositivo, relacionada con su variación a lo largo del tiempo (en segundos), para determinación de unos valores- umbral de intensidad de corriente detectada que indican de una manera aproximada
la cantidad de desechos acumulados. The attached figure 2 shows a schematic diagram that relates the current intensity (in amps) measured by the device, related to its variation over time (in seconds), to determine threshold values of current intensity detected that indicate in an approximate way the amount of accumulated waste.
Así, un valor de intensidad lo se corresponde con el determinado por el dispositivo cuando el equipo de soldadura FBW se encuentra completamente libre de desechos, bien sea por estar nuevo o por haber sido sometido a una limpieza exhaustiva, por lo que podría considerarse como el nivel de corriente parásita inherente al propio equipo, debido a las características de sus elementos constructivos. Thus, an intensity value corresponds to the one determined by the device when the FBW welding equipment is completely free of debris, either because it is new or has been subjected to an exhaustive cleaning, so it could be considered as the level of parasitic current inherent in the equipment itself, due to the characteristics of its construction elements.
Un valor de intensidad igual o inferior a h daría lugar a una evaluación positiva, ya que estaría relacionado con una corriente parásita generada por un nivel de desechos acumulados que no compromete el correcto funcionamiento del equipo de soldadura FBW, por lo que no se requerirían acciones de mantenimiento. An intensity value equal to or less than ah would give rise to a positive evaluation, since it would be related to an eddy current generated by a level of accumulated debris that does not compromise the correct operation of the FBW welding equipment, therefore no action is required. maintenance.
El valor de intensidad determinado como ax es el nivel umbral de intensidad máximo determinado por el dispositivo, hasta el que se puede considerar como aceptable, en el cual el equipo funciona correctamente y no se compromete la calidad de las uniones soldadas obtenidas. The intensity value determined as ax is the maximum intensity threshold level determined by the device, up to which it can be considered acceptable, in which the equipment works correctly and the quality of the welded joints obtained is not compromised.
Valores de intensidad superiores a dicho ax dan lugar a una evaluación negativa, ya que son unos valores de corriente parásita que se relacionan con un nivel de deshechos acumulados tal que comprometería un correcto funcionamiento del equipo de soldadura FBW. Cuando se alcanza o supera dicho nivel sería necesario proceder a realizar acciones de mantenimiento. Intensity values higher than said ax give rise to a negative evaluation, since they are parasitic current values that are related to a level of accumulated waste such that it would compromise the correct operation of the FBW welding equipment. When this level is reached or exceeded, it would be necessary to carry out maintenance actions.
Se contempla asimismo la opción de incorporar unos elementos indicadores, vinculados al elemento de monitorización o a los medios de visualización y control, para emisión automática de un aviso cuando se rebasen unos valores de corriente previamente establecidos. Dichos elementos indicadores, no representados en las figuras adjuntas, pueden ser tanto de carácter visual como acústico, y suponen un elemento adicional para ayudar en la toma de decisiones por parte de un evaluador. The option of incorporating indicator elements, linked to the monitoring element or to the display and control means, for automatic issuance of a warning when previously established current values are exceeded is also contemplated. Said indicator elements, not represented in the attached figures, can be both visual and acoustic in nature, and represent an additional element to help an evaluator in making decisions.
El procedimiento de evaluación de equipos de soldadura FBW, asociado al dispositivo anteriormente descrito, comprende las siguientes etapas: The FBW welding equipment evaluation procedure, associated with the device described above, comprises the following stages:
- colocación del medidor de corriente (3), vinculado a la fuente de alimentación (4) y
al elemento de monitorización (5), sobre sobre uno de los conductores del equipo de soldadura, con el equipo apagado y en vacío; - placement of the current meter (3), linked to the power supply (4) and to the monitoring element (5), on one of the conductors of the welding equipment, with the equipment off and empty;
- aislamiento de las mordazas (2, 2’) del equipo para evitar la circulación de la corriente de soldadura; - isolation of the jaws (2, 2 ') of the equipment to avoid the circulation of the welding current;
- encendido de la fuente de alimentación (4) del medidor de corriente (3); - turning on the power supply (4) of the current meter (3);
- encendido del elemento de monitorización (5) y los medios de visualización y control (6), así como de otros indicadores; - switching on the monitoring element (5) and the display and control means (6), as well as other indicators;
- encendido del equipo de soldadura; con la consiguiente circulación de una corriente parásita a través de las proyecciones metálicas, si las hubiere, acumuladas sobre el equipo de soldadura; - turning on the welding equipment; with the consequent circulation of an parasitic current through the metallic projections, if any, accumulated on the welding equipment;
- detección y determinación, por parte del medidor flexible de corriente (3), del valor de corriente parásita circulante; y - detection and determination, by the flexible current meter (3), of the circulating parasitic current value; Y
- visualización y seguimiento, en el elemento de monitorización (5), de los valores determinados por el medidor flexible de corriente (3). - visualization and monitoring, in the monitoring element (5), of the values determined by the flexible current meter (3).
En la realización preferente descrita anteriormente, la cual incorpora los medios de visualización y control (6) vinculados al elemento de monitorización (5), el procedimiento comprendería unas últimas etapas adicionales: In the preferred embodiment described above, which incorporates the display and control means (6) linked to the monitoring element (5), the procedure would comprise additional last steps:
- comparación, en los medios de visualización y control (6) de los valores determinados por el medidor flexible de corriente (3) con los valores-patrón previamente establecidos, para determinación del estado de conservación del equipo de soldadura FBW, y - comparison, in the display and control means (6) of the values determined by the flexible current meter (3) with the previously established standard values, to determine the state of conservation of the FBW welding equipment, and
- determinación de necesidad de realizar acciones de mantenimiento y limpieza del equipo de soldadura FBW.
- determination of the need to carry out maintenance and cleaning actions on the FBW welding equipment.
Claims
1. Dispositivo de evaluación de equipos de soldadura FBW, en el que el equipo FBW para soldadura de dos piezas metálicas comprende al menos: 1. FBW welding equipment evaluation device, in which the FBW equipment for welding of two metal pieces comprises at least:
- un bastidor fijo (1) y un bastidor móvil (T) realizados en un material con capacidad de aislamiento eléctrico, - a fixed frame (1) and a mobile frame (T) made of a material with electrical insulation capacity,
- unos elementos conductores de corriente que discurren por el interior del bastidor fijo (1) y el bastidor móvil (T); - current conducting elements that run inside the fixed frame (1) and the mobile frame (T);
- dos pares de mordazas (2, 2') para sujeción de las piezas metálicas, montadas respectivamente sobre el bastidor fijo (1) y el bastidor móvil (T) y conectadas a sus respectivos conductores de corriente, estando ambos pares de mordazas (2, 2') realizados en un material con capacidad de transmisión eléctrica; y - Two pairs of jaws (2, 2 ') for clamping the metal parts, respectively mounted on the fixed frame (1) and the mobile frame (T) and connected to their respective current conductors, both pairs of jaws (2 , 2 ') made of a material with electrical transmission capacity; Y
- unos elementos eléctricos de soldadura que comprenden una fuente de corriente eléctrica con dos polos conectados, respectivamente, a los dos pares de mordazas (2, 2’), - some electric welding elements comprising a source of electric current with two poles connected, respectively, to the two pairs of jaws (2, 2 '),
estando el dispositivo de evaluación caracterizado por que comprende the evaluation device being characterized in that it comprises
- un medidor de corriente (3), conectable a los elementos conductores de corriente para detección de corrientes parásitas generadas por proyecciones metálicas de soldadura acumuladas sobre el equipo; - a current meter (3), connectable to the current conducting elements for detection of parasitic currents generated by metallic welding projections accumulated on the equipment;
- una fuente de alimentación (4) externa, vinculada al medidor de corriente (3); y - an external power supply (4), linked to the current meter (3); Y
- un elemento de monitorización (5) de alta sensibilidad conectado al medidor de corriente (3), para visualización de las variaciones de corriente determinadas por dicho medidor de corriente (3). - A highly sensitive monitoring element (5) connected to the current meter (3), for displaying the current variations determined by said current meter (3).
2. Dispositivo de evaluación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que comprende adicionalmente unos medios de visualización y control (6), vinculados al elemento de monitorización (5), para seguimiento y monitorización de las variaciones de corriente determinadas por el medidor de corriente (3). Evaluation device according to claim 1, characterized in that it additionally comprises display and control means (6), linked to the monitoring element (5), for tracking and monitoring the current variations determined by the current meter (3).
3. Dispositivo de evaluación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que el medidor de corriente (3) es una bobina de Rogowski. Evaluation device according to claim 1, characterized in that the current meter (3) is a Rogowski coil.
4. Dispositivo de evaluación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que el elemento de monitorización (5) es un osciloscopio.
Evaluation device according to claim 1 characterized in that the monitoring element (5) is an oscilloscope.
5. Dispositivo de evaluación de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado por que los medios de visualización y control (6) son un equipo informático configurado para visualización y control de los valores de corriente parásita detectados por el medidor de corriente (3) en el bastidor fijo (1). Evaluation device according to claim 2, characterized in that the display and control means (6) are computer equipment configured to display and control the eddy current values detected by the current meter (3) on the frame fixed (1).
6. Dispositivo de evaluación de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque el equipo informático incorpora unos valores patrón de corriente parásita previamente determinados para el equipo de soldadura en estado óptimo. 6. Evaluation device according to claim 5, characterized in that the computer equipment incorporates previously determined parasitic current standard values for the welding equipment in optimal state.
7. Procedimiento de evaluación de equipos de soldadura FBW que hace uso del dispositivo descrito en las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende la siguiente secuencia de actuación: 7. FBW welding equipment evaluation procedure that makes use of the device described in claims 1 to 6, characterized in that it comprises the following action sequence:
- colocación del medidor de corriente (3), vinculado a la fuente de alimentación (4) y al elemento de monitorización (5), sobre sobre uno de los conductores del equipo de soldadura, con el equipo apagado y en vacío; - Placement of the current meter (3), linked to the power source (4) and the monitoring element (5), on one of the conductors of the welding equipment, with the equipment off and empty;
- aislamiento de las mordazas (2, 2’) del equipo para evitar la circulación de la corriente de soldadura; - isolation of the jaws (2, 2 ') of the equipment to avoid the circulation of the welding current;
- encendido de la fuente de alimentación (4) del medidor de corriente (3); - turning on the power supply (4) of the current meter (3);
- encendido del elemento de monitorización (5) y los medios de visualización y control (6), así como de otros indicadores; - switching on the monitoring element (5) and the display and control means (6), as well as other indicators;
- encendido del equipo de soldadura; con la consiguiente circulación de una corriente parásita a través de las proyecciones metálicas, si las hubiere, acumuladas sobre el equipo de soldadura; - turning on the welding equipment; with the consequent circulation of an parasitic current through the metallic projections, if any, accumulated on the welding equipment;
- detección y determinación, por parte del medidor flexible de corriente (3), del valor de corriente parásita circulante; y - detection and determination, by the flexible current meter (3), of the circulating parasitic current value; Y
- visualización y seguimiento, en el elemento de monitorización (5), de los valores determinados por el medidor flexible de corriente (3). - visualization and monitoring, in the monitoring element (5), of the values determined by the flexible current meter (3).
8. Procedimiento de evaluación de acuerdo con la reivindicación 7 caracterizado por que comprende adicionalmente, tras la etapa de visualización y seguimiento de los valores determinados por el medidor de corriente (3), las siguientes etapas: Evaluation method according to claim 7, characterized in that it additionally comprises, after the stage of displaying and monitoring the values determined by the current meter (3), the following stages:
- comparación, en los medios de visualización y control (6) de los valores determinados por el medidor de corriente (3) con los valores-patrón previamente determinados, y
- determinación de necesidad de realizar acciones de mantenimiento y limpieza del equipo de soldadura FBW.
- comparison, in the display and control means (6) of the values determined by the current meter (3) with the previously determined standard values, and - determination of the need to carry out maintenance and cleaning actions on the FBW welding equipment.
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