Способ автоматического управленияпроцессом высокочастотной сваркипрямошовных труб

Авторы патента:

B23K13B21C37/08 -

Совхоз Советских

Социалистических

Республик р >8457 (6l ) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 10,1074 (21) 2070097/25-27 (23) Приоритет (32) 11. 10. 73 (31) 405369 (ЗЗ) США (53) M. Кл.

В 23 К 13/

В 21 С 37/

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621 ° 79 .77<088.8) Опубликовано 07.07,81.Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 1007.81

Иностранцы

Говард Джон Боумэн и Дональд Джордж Шиндлер

1 США) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"IOCC Инджинирз энд Консалтантс, Инк." (США) (71) Заявитель

Иэобрете ние относится к из готовле нию св арных прямошовных труб мето. дом высокочастотного нагрева.

Известны способы автоматического управления процессом высокочастотной сварки прямошовных труб, при котором выбирают регулирующий параметр, который постоянно изменяют и сравнивают с заданной его величиной, а развЂ” ностным сигналом воздействуют на 30 выбранный параметр управления (1) .

Однако известные способы не обеспечивают достаточной точности управления процессом, так как не учитывают .все параметры, влияющие на процесс 15 сварки.

Цель изобретения вЂ” повышение точности управления процессом.

Эта цель достигается эа счет того

I что непрерывно измеряют сварочный ток, скорость перемещения трубы в процессе сварки, толщину стенки трубы и повышение температуры свариваемых кромок, в качестве регулирующего параметра выбирают одну иэ составляющих следующей формулы: где д Т вЂ” повышение температуры ваемых кромок; 3 вЂ” сварочный ток; и вЂ” толщина стенки трубы;

S вЂ” скорость перемещения т

К вЂ” постоянная величина, у тывающая сопротивление при этом подсчет заданной величи гулирующего параметра определяет этой же формулы.

3а регулирующий параметр и па метр управления может быть приня скорость перемещения трубы.

Эа регулирующий параметр може быть принято Ьт/К„,а за параметр у равления вЂ” сварочный ток.

На фиг ° 1 представлена схема ки электросопротивлением при про водстве сварных труб; на фиг. 2 токоподводящие узлы, общий вид,ис зуемые в данном процессе; на фиг датчик тока, используемый для оп деления тока сварки; на фи . 4 схема схемы управления, первый в ант изобретения; на фиг. 5 вЂ” то второй вариант изобретения.

Трубная заготовка 1 движется процессе сварки в направлении ст ки 2. Контактные электроды 3 под динены к источнику 4 высокочасто в ариубы; и1

ы ре. я из варэполь3 еблокри

P p елоеной ъ

hT= > 5 (54) CPOCOH АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ВЫСОКОЧАСТОТНОИ СВАРКИ ПРЯМОШОВНЕ1Х ТРУБ

845760 энергии и подают ток вдоль кромок 5 .сварочной клиновидной щели и через вершину клиновидной щели 6. Обжимные ролики 7 воздействуют на трубную заготовку, в результате чего образуется готовое сварное соединение.

Датчики нагрузки 8 измеряют обжимное усилие на роликах 7.

Каждый токоподводящий узел 9 (см. фиг. 2) соединен с источником 4 энергии, а в нижней части каждого узла закреплен контактный электрод 3. На внутренней поверхности 10 одного из узлон 9 выфрезерован паз 11. Датчик

12 тока помещен в паз 11 и имеет длину, как правило, равную длине паза. 15

Датчик 12 имеет полый алюминиевый сердечник 13, на который намотано примерно 10 витков множильнога провода 14, состоящего из пяти свитых медных проводов, каждый из которых Щ изолирован для уменьшения нагрева вихревымч токами в сильном магнитном оле, создаваемом током величиной ат 400 до 600 А и частотой 450 кГц, протекающим через токоподнодящчй 25 узел. Сердечник помещен в трубку 15 из жаропрачного стекла и концы провода 14 соединены с фармиронателем

16 сигнала. Формирователь сигнала представляет собой обычную схему для преобразонания сигнала с датчика тока в сигнал, используемый с другими элементами схемы управления.

Схема управления (см. фиг. 4) включает н себя несколько обычных электронных схем, датчики нагрузки 8 подают сигнал величины обжимного усилия через переключатель 17 на схему 18 отбора и стабилизации. Переключатель

17 и выход схемы 18 соединены со схемой 19 преобразователя сигнала вели- Щ чины обжимного усилия. Выход формирователя 16 сигнала величины тока и выход схемы 19 являются входными сумматора 20 на операционном усилителе. Выход сумматора 20 соединен с первым входом схемы 21 умножения и деления. Источник 22 сигнала толщины стенки соединен со вторым входом схемы 21. Источник 23 сигнала, соответствующего величине К„/6Т, соединен с третьим входом схемы 21.

На выходе схемы 21 получают сигнал, соответствующий требуемой скорости стана и определенный в этой

К .Д2 схеме из соотношения S =-КнЯ - . Этот сигнал поступает на первый нход схемы 24 суммирования на операционном усилителе. Выходной сигнал схемы 24 поступает на вход управляющей схемы

25, где получают сигнал, пропорцио-. нальный интегральной производной, g) имеющую выходной сигнал с нулевым средним. уровнем. Выход схемы 25 соединен с индикаторам 26 отклонения,,который указывает величину и направление выходного сигнала схемы 25.

Выход схемы 25 соединен также со входам схемы 27 ограничения базового тока. Выход схемы 27 ограничителя соединен с первым входом схемы 28 сумьырования на операционном усилителе. Источник 29 сигнала скорости стана имеет выход, соединенный со вторым входом схемы 28.

Выход схемы 28 соединен с обычной схемой, 30 управления приводом стана,. которая управляет скоростью двигателя 31 привода стана. Двигатель 31 механически связан с тахометрическим генератором 32 и вращает ега. Выход тахометрического генератора соединен со вторым входом схемы 24. Сигнал от тахометрического генератора поступает также на первый вход схемы умножения деления 33, включающей в себя цифровой вольтметр для индикации числа, соответствующего Т. Схема 33 имеет второй вход со схемы 21, на который поступают сигналы, соответствующие К, 1 и W.

При работе переключатель 17 поворачивают направо, соединяя датчики нагруз ки 8 со схемой 18, при этом стан стоит и создает статическое обжимное усилие. Ва время работы стана переключатель 17 поворачивается налево и тогда датчики нагрузки замеряют динамическое обжимное усилие F.

Формиронатель 16 сигнала тока превЂ” образует выходной сигнал датчика 12, пропорциональный току сварки в сиг/ нал, согласованный с другими электронными элементами системы. Сигнал со схемы 19 компенсирует изменения обжимного усилия путем изменения сигнала на выходе формирователя 16 н сигнал, который используется в качестве неличины тока J в схеме 21.

Схема 22 может представлять собой потенциометр ° выдающий сигнал, соответствующий толщине стенки или, точнее, это может быть реальный сигнал толщины с толщиномера.. Сигнал, соотв ет ствующий величине К /аТ, подается с источника 23, которым может быть потенциометр, устанавливаемый для задания постоянной величины К, определяемой эмпирически, и требуемую температуру сварки в диапазоне g Т.

Затем схема 21 рассчитывает сигнал требуемой скорости у ка! показано в уравнении S = вЂ” Д вЂ”

Сигнал требуемой скорости со схемы 21 и сигнал действительной скорости сравниваются, в результате чего на выходе схемы 24 получают разностный сигнал, который передают на управляющую схему 25. управляющая схема ?5 выдает выходной сигнал, который отрицателен, когда выходной сигнал сумматора 20 уменьшается, о указывая на уменьшение температуры сварки, и положителен, когда сигнал с сумматора 20 возрастает, указывая

845760 на возрастение температуры сварки, и заставляя увеличить скорость стана. Сигнал со схеьы 25 масштабируется в схеме 27 таким образом, чтобы соответствовать сигналу скорости стана, задаваемому оператором стана, в результате чего сигнал со ""хемы 27 изменяется в ограниченном диапазоне, опрецеляемом иэ практи:".и.

Оператор стана может н любой момент ввести новый базовый сигнал ско-. рости или изменить пределы в схеме

27 в соответствии с требованиями опыта и практики для различных сортов и размеров трубы или в сoo=aегоrвии с замечаниями контролеров каче,".тна сварных соецинений. Например,. схему 27 )5 J можно установить на 110% базовой скорОсти и если индикатОр Отклонения

26 сообщит о выходе за пределы диапазона, то оператору потребуется ручная регулировка: Сигнал со схемы 27, Щ с1<ладыв аясь с сигналом с:с то яника

29, дает сигнал для цеи "ra>:. åëüíoão управления скорОстью с Тано посредст вом обычной схемы 30 управления скоростью стана. Тахометрический генератОр 32,. связанный с днигателем стана

31, выдает сигнал действительной cêoрости.

Схема 33 включает в себя цифровой вольтметр для индикации а Т, .производя вычисления над J и и со схемы

21, над S с тахометрического ге нера= тора 32 и над К с внутреннего потенцио метра.

В случае, если при рабо".å отклонения динамического обжимного усилия от статической силы будут невелики или их не будет совсем,, нет необходимости в сигнале со схемы 19,. и сигнал с формирователя 16 подается непрерывно на схему 21. В этом случае 46 может быть целесообразнее иметь фиксированный сигнал схемы 19 и просто управлять выходным сигналом датчиков нагрузки 8 и изменять давление, когда индикатор показывает, что давление вьмло эа требуемые пределы.

Система управления поэноляет оператору переключить свое внимание с позиции нормальной работы и следить ,за окончанием сварки при помощи приборов. Имевшие место ранее изменения материала, которые иногда было трудно обнаружить,. теперь легко определяются. Изменяя процесс свар.<и, которые не мог заметить даже опытный оператор, по цвету сварного соединения, могут быть теперь обнаружены при помощи приборов и системы управления.

Использование системы управления позволило повысить производительность и качество. Устройство управления также автоматически компенсирует проблемы, связанные с изменением тока сварки, обусловленные короблением полосы, создающей волнистость на мощности соединен со вторым нх дом схемы 28. Выход схемы 28 соеди ен со входом обычной системы управления 39 мощности стана для трубопрокат ого стана с высокочастотной сварко злектросопротивлением.

Схема 34 рассчитывает сигна нетствующий требуемой температу соотноешния вЂ” =- вЂ” и эта величи дт т"

K WS сравнивается с требуемой темпер рой путем использования схемы и стабилизации Зб, и управляюще устройство 25 работает по разно ному си гн алу . Сиг нал требуемой пературы подается на схему 36 и з амыкания переключателя 37 при буемом уровне сигнала со схемы

Сигнал управления используется изменения тока от источника в и делах, заданных схемой 27. Как варианте, изображенном на фиг. н системе управления динамическ обжимное усилие может не учитыв ся.

В системе управления упранля параметром может быть либо скор (см. фиг. 4) . либо сварочный ток фиг. 5) . Однако н каждом вариан компенсируются изменения параме который не используется для упр ления, поэтому система управлен точно отражает изменения параме во время процесса.

Использование в качестве упр ляющего параметра скорости пред

Тительно для максимальной пропу ной способности стана, а исполь ние сварочного тока для управле имеет то преимущество, что не и гружается источник энергии, что соотре иэ на атутбора е темтем ре34. ля и н

Р е тьщим сть (см. е

P c.l врон очоваия краях полосы относительно друг га.

В варианте изобретения (см. сигналы толщины стенки величин ка и скорости стана являются т же сигналами, .-.-.то и в варианте браженном a фиг. 4, и формиру таким же образом и такими же ройстнами, Схема 34 умножения и делени иена своими входами с датчика щины стенки, величины тока и с ти стана, на выходе ее получаю нал, соответствующий требуемой пературе сварки. Выход схемы 3 динен с первым входом схемы 35 матора на операционном усилите со схемой 36 отбора и стабилиэ через переключатель 37. Выход

36 соединен со вторым входом с

34. Выход схемы 34 соединен со дом управляющей схемы 25. Выхо мы 25 соединен со входом индик

26 отклонения и со входом схе

Ограничения тока. Выход схемы соедин.ен с первым входом схемы суммирования на операционном у теле .

Выход источника сигнала 38 дру иг. 5) томи иэотся устсоедитолороссигтемсоесуме и ции хемы емы вхосхетора

28 илиаэовой

845760

10 воляет свести к минимуму возможность повреждения элементов и обеспечива ет более широкий диапазон для управления..

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления процессом высокочастотной сварки прямошовных труб, при котором выбирают регулирукщий параметр, который постоянно изменяют и сравнивают с заданной его величиной, а разностным сигналом воздействуют на выбранный параметр управления„о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью повышения точности управления процессом, непрерывно измеряют свароч- . ный ток, скорость перемещения трубы 15 в процессе сварки, толщину стенки трубы, и пцлышение температуры свариваемых кромок, в качестве регулирующего параметра выбирают одну иэ составляющих следующей формулы: 20

g9. а т=вЂ”

1 Фу где аТ вЂ” повышение температуры сварив аеьых кромок;

3 вЂ” сварочный ток;

Ч вЂ” толщина стенки трубы;

S вЂ” скорость перемещения трубы;

Кя вЂ” постоянная величина, учитывающая сопротивление, при этом подсчет заданной величины регулирующего параметра определяют из этой жв формулы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что за регулирукщий параметр и параметр управления принимают скорость перемещения трубы. !

З.Способ поп.1,отличаюшийся, тем, что за регулирующий параметр принимают ьт/

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3145285, кл. 219-59, 19б4 (прототип) .

845760

Э аказ 4251/8