СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦИКЛА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ВСТЫК КРАЕВ ПОЛОС
METHOD AND DEVICE FOR CONTROL OVER THERMAL CYCLE OF BUTT WELDING OF STRIP ENDS

Настоящее изобретение относится к способу и устройству контроля термического цикла сварного соединения встык краев стальных полос протягиванием в установке прокатки или обработки, согласно декларативной части формулы изобретения по пп.1-8.
Изобретение относится, в частности, к сварным соединениям встык стальных полос, непрерывно протягиваемых в установке холодной прокатки или обработки, такой как очистка поверхности, непрерывный отжиг, электролитическое или закалочное покрытие, в частности к свариванию края полосы с другим краем другой полосы, осуществляемым последовательно путем перемещения сварочного аппарата вдоль линии сваривания. В соответствии с данным документом выражение "установка обработки" будет использоваться в качестве ссылки на вышеупомянутые установки прокатки или установки обработки.
Для улучшения производительности установок обработки стальных полос, не допуская, в частности, видоизменения упомянутых бабин полос из рулонов, современные высокопроизводительные установки обработки способны непрерывно работать путем последовательного соединения встык друг к другу полос; причем край первой полосы, например хвостовая часть полосы, в конце обработки соединяется с другим краем второй полосы, например головной частью новой полосы, поставляемой в виде рулона, которая вставляется на входе установки обработки.
Во время этой операции по соединению встык перемещение в установке обработки двух краев свариваемых полос, т.е. хвостовой части первой полосы и головной части второй полосы, останавливается, а участки за установкой обработки (т.е. отрезки, расположенные сзади упомянутой хвостовой части первой полосы в направлении протягивания полосы) подаются из устройства накопления полос, которое предварительно заполняется в течение временного интервала, разделяющего два последовательных соединения встык. Такая операция соединения встык хорошо известна специалистам, усилия которых сосредоточены на быстроте выполнения операции по соединению встык для ограничения времени остановки краев полосы и, как следствие, производительности и стоимости устройств накопления.
Обычно операция по соединению встык осуществляется посредством установки соединения встык путем сварки, также называемой сварочной установкой, которая содержит, кроме собственно сварочного аппарата, две пары зажимных губок, предназначенных для закрепления краев полос во время их соединения путем сваривания, соответственно первой пары зажимных губок, предназначенной для закрепления хвостовой части первой полосы, которая может вводиться в секцию установки обработки, расположенную сзади упомянутой первой пары губок в направлении протягивания полосы, и второй пары зажимных губок, предназначенной для закрепления головной части второй полосы, которая может быть введена в переднюю часть установки соединения встык. Специалистам известны различные способы сваривания, которые могут быть осуществлены посредством различных сварочных аппаратов. Речь идет, например, о способах стыковой сварки оплавлением, шовной контактной сварки, дуговой сварки плавящимся электродом (MIG), дуговой сварки неплавящимся электродом (TIG), лазерной сварки или лазерной сварки смешанного типа.
Установка соединения встык путем сварки должна быть способна осуществлять сварное соединение высокого качества. Действительно, разрыв сварного соединения плохого качества во время протягивания полосы в установке обработки или даже необходимость повторного выполнения сваривания, которое было признано неправильным или плохого качества, может привести к большим производственным потерям и относительно высокой стоимости.
Металлургическое качество сварного соединения, в частности для типов стали, которые могут получить металлургические изменения в зонах, подверженных термическому воздействию в результате операции сварки, зависит от способа, примененного для сваривания, и термического цикла, который возникает в упомянутой зоне, подвергаемой воздействию, а также от различных обработок предварительного и последующего нагрева или от отжига, локально производимого собственно в сварочном аппарате или непосредственно после последнего. Кроме того, непрерывность и плотность сваривания, которые также определяют качество упомянутого сварного соединения, зависят в основном от использованных параметров сварки. Значение этих параметров сварки подбирается для обеспечения полного соединения путем плавки двух краев свариваемых полос; причем без чрезмерного припуска по толщине или с недостаточной толщиной. Непрерывность и плотность сварного соединения зависят также от отсутствия дефектов, например, трещин, которые связаны с металлургическими превращениями.
Значительное расширение ассортимента марок стали и значений толщины стали, обрабатываемой в установках обработки, в частности для удовлетворения требований конструкторов автомобилей, все больше и больше приводит к сварке марок стали с высокими характеристиками, которые могут быть подвержены металлургическим превращениям, приводящим к сильному дисперсионному твердению и, соответственно, к хрупкости сварного соединения, способной вызвать разрыв сварного соединения во время протягивания в установке обработки.
Для предотвращения такого охрупчивания сварного соединения специалистами были разработаны способы термической обработки сварного соединения, осуществляемые при помощи устройств термической обработки, которые способны нагревать края полосы или упомянутого сварного соединения, в частности посредством электромагнитной индукции. Речь идет, в частности, о способе отжига после сваривания, целью которого является металлургическое восстановление приемлемой вязкости, или также о способе предварительного нагрева краев свариваемых полос с целью уменьшения скорости охлаждения сварного соединения и, таким образом, ограничения его дисперсионного твердения.
Контроль над термической обработкой сварного соединения осуществляется вручную оператором на основе таблиц параметров сварки. Как правило, эти таблицы разрабатываются эмпирическим путем в зависимости от общих аппаратных характеристик больших семейств сталей без точного учета химических и физических различий, которые могут существовать внутри даже каждого семейства сталей. Этот ручной контроль оператора над термической обработкой имеет многочисленные недостатки. В частности, существует вероятность ошибки, которая больше нуля, выбора параметра сварки на основе упомянутой таблицы. Действительно, неопределенный отбор проб различных сталей при помощи упомянутых таблиц вынуждает оператора подбирать параметры сварки, которые не соответствуют точно стали, из которой выполнена свариваемая полоса, но стали, обладающей химическими и физическими характеристиками, схожими с характеристиками стали, из которой выполнена полоса. Этот выбор не всегда тождественен и может привести к сварным соединениям плохого качества. С другой стороны, данные таблицы не позволяют надежно и точно определить термическую обработку в соответствии со способами сварки и физическими и(или) химическими характеристиками полосы, в частности в области предварительного нагрева сварных соединений, осуществляемых последовательно, такими как дуговая сварка плавящимся электродом (MIG), дуговая сварка неплавящимся электродом (TIG), лазерная сварка, лазерная сварка смешанного типа или «точечная сварка внахлестку».
Таким образом, может быть выбран плохой параметр сварки, если аппаратные характеристики (физические и/или химические) полосы более не соответствуют точно общим аппаратным характеристикам семейств сталей упомянутых таблиц; причем имеется опасность, что выбор упомянутых параметров сварки приведет, таким образом, к сварному соединению плохого качества. Сложность определения оптимального значения параметров сварки, в частности относящихся к условиям предварительного нагрева сварных соединений, толкает пользователей установок соединения встык, содержащих устройство термической обработки, не применять способ термической обработки путем предварительного нагрева, отдавая предпочтение постсварочному отжигу. Хотя предварительный нагрев мог бы позволить контролировать металлургическую структуру сварного соединения, недостатком постсварочного отжига, к сожалению, является сохранение возможности развития спонтанных разрывов, даже локализованных, между свариванием и отжигом.
Другим большим недостатком систематизации постсварочного отжига является использование очень высоких температур обработки (например, 800°C вместо 100-300°C для предварительного нагрева), которые требуют особой компоновки элементов установки соединения встык сваркой, в частности на уровне их зажимных губок или осуществления отжига после практической реализации в полном объеме сварного соединения и перемещения последнего за пределы зацепления упомянутых зажимных губок. Данный отжиг после осуществления в полном объеме сварного соединения, а также это перемещение увеличивают время цикла сваривания и требуют еще большего повышения возможностей накапливания полосы устройств накапливания установки обработки, что, таким образом, влечет за собой дополнительные расходы.
Настоящее изобретение преследует цель предложить способ и устройство контроля термического цикла сварного соединения встык полос, способных, с одной стороны, определить, по меньшей мере, один параметр сварки, в частности термический параметр охлаждения упомянутого сварного соединения, в соответствии с аппаратными и геометрическими характеристиками свариваемых полос и с учетом технических характеристик установки соединения встык путем сварки, к которой они адаптированы, а с другой стороны, гарантировать выполнение в реальном масштабе времени сварки упомянутых свариваемых полос в зависимости от упомянутого параметра сварки.
С этой целью способ и устройство контроля термического цикла сварного соединения встык предложены в пп.1-8 нижеследующей формулы изобретения. Совокупность подпунктов формулы изобретения также содержит преимущества изобретения.
Технической задачей настоящего изобретения также является способ автоматического контроля термического цикла сварного соединения встык полос, предназначенный для контроля сваривания одного края первой полосы с другим краем второй полосы установкой соединения встык установки обработки, отличающийся тем, что:
первый обмен является обменом, по меньшей мере, одним параметром полосы между устройством контроля упомянутого термического цикла и центральной системой автоматизированного управления упомянутой установкой обработки; причем упомянутый параметр полосы относится, по меньшей мере, к одной характеристике первой полосы и(или), по меньшей мере, к одной характеристике второй полосы или, по меньшей мере, к одной характеристике упомянутых полос, если упомянутые полосы идентичны. Параметры полосы содержат, например, данные, касающиеся, по меньшей мере, толщины каждой из полос и(или), по меньшей мере, одного элемента их химического анализа, например, содержание углерода или эквивалент углерода;
второй обмен, в частности в реальном масштабе времени, по меньшей мере, одного рабочего параметра между упомянутым устройством контроля упомянутого термического цикла и упомянутой установкой соединения встык; причем упомянутый рабочий параметр относится к работе упомянутой установки соединения встык. Рабочие параметры содержат, например, данные, касающиеся регулирования сварочного аппарата установки соединения встык, например, по меньшей мере, одно значение энергии сварки на выходе источника энергии сварки упомянутого сварочного аппарата, и скорость перемещения сварочного аппарата;
определение, в частности расчетным путем и в частности в реальном масштабе времени, на основе упомянутых параметров полосы и рабочих параметров, термического параметра упомянутого сваривания;
контроль, в частности в реальном масштабе времени, над упомянутой сваркой, зависящей, по меньшей мере, от упомянутого термического параметра. В частности, упомянутый контроль включает в себя регулирование, в частности в реальном масштабе времени, по меньшей мере, одного параметра сварки сварного соединения в зависимости от упомянутого термического параметра. Параметр сварки представляет собой рабочий параметр, который предназначен для управления сварочным аппаратом установки соединения встык, для осуществления упомянутого сваривания.
В настоящем изобретении также предлагается устройство контроля термического цикла сварного соединения встык края первой полосы с другим краем второй полосы, подходящее для практической реализации способа контроля упомянутого термического цикла, приспособленного для установки соединения встык установки обработки полос; причем упомянутая установка соединения встык содержит, в частности, сварочный аппарат, который может сваривать упомянутые края полос, две пары зажимных губок, способные закреплять упомянутые края полос, устройство термической обработки, которое способно осуществлять термическую обработку упомянутых краев полос, отличающееся тем, что устройство контроля содержит:
- средства соединения, предназначенные для соединения упомянутого устройства контроля с центральной системой автоматизированного управления упомянутой установкой обработки полос и упомянутой установкой соединения встык, для предоставления возможности, соответственно, обмена, по меньшей мере, одного параметра полосы и обмена, по меньшей мере, одного рабочего параметра. Упомянутый параметр полосы относится, в частности, по меньшей мере, к одной характеристике первой полосы и(или), по меньшей мере, к одной характеристике второй полосы, или, по меньшей мере, к одной характеристике упомянутых полос, если упомянутые полосы идентичны; причем упомянутый рабочий параметр относится к работе упомянутой установки соединения встык;
- вычислительное устройство, способное вычислять или определять, в частности в реальном масштабе времени, на основе упомянутых параметров полосы и работы, по меньшей мере, один термический параметр упомянутого сваривания. В частности, вычислительное устройство способно произвести, по меньшей мере, один тепловой расчет на основе следующих параметров: толщины, объемного веса, коэффициента температуропроводности и удельной теплоемкости, характеризующих упомянутую полосу, а также энергии сварки и скорости перемещения, характеризующих упомянутый сварочный аппарат;
- средства контроля и определения характеристик сварки упомянутого сварного соединения, способные контролировать, в частности в реальном масштабе времени, упомянутую сварку в зависимости от упомянутого термического параметра, в частности способные регулировать параметры сварочных операций сварочного аппарата установки соединения встык. С этой целью средства контроля и определения характеристик содержат, в частности, средства измерения и регулирования определенного количества энергии сварки на выходе сварочного аппарата; средства измерения и регулирования скорости перемещения сварочного аппарата; средства регулирования устройства термической обработки краев полос, и, возможно, регулируемые средства устройства отжига после сварки. В частности, средства контроля и определения характеристик способны взаимодействовать с устройством индукционной термической обработки, содержат, по меньшей мере, один индуктор и способны синхронно или асинхронно перемещаться вместе с перемещением сварочного аппарата; причем упомянутое устройство термической обработки крепится, в частности, к опоре упомянутого сварочного аппарата или к опоре, расположенной отдельно от упомянутой опоры сварочного аппарата.
Наконец, технической задачей настоящего изобретения также является установка соединения встык, предназначенная для соединения встык краев последовательных полос установки обработки полос; причем упомянутая установка соединения встык содержит: аппарат сваривания одного края первой полосы с другим краем второй полосы; две пары симметрично расположенных зажимных губок, соответственно, первую пару зажимных губок, содержащую первую верхнюю зажимную губку и первую нижнюю зажимную губку, способные зажимать (т.е. способные тесно сжимать между собой) упомянутый край первой полосы, и вторую пару зажимных губок, содержащую вторую верхнюю зажимную губку и вторую нижнюю зажимную губку, способные зажимать упомянутый другой край второй полосы, которые предназначены для удержания или размещения упомянутых краев полосы друг против друга для сварки упомянутых краев полос друг против друга, и отличающаяся тем, что она содержит устройство контроля термического цикла. Кроме того, упомянутая установка соединения встык приспособлена, в частности, для осуществления способа соединения встык, отличающегося тем, что он включает в себя упомянутый способ автоматического контроля термического цикла сварного соединения встык полос.
В частности, упомянутое устройство контроля термического цикла установки соединения встык, согласно изобретению, может взаимодействовать с упомянутым устройством термической обработки, например, устройством предварительного нагрева и(или) устройством отжига упомянутой установки соединения встык, в частности при регулировании параметров работы упомянутого устройства термической обработки, при контроле его работы и запуске. Например, устройство контроля, согласно изобретению, способно, в частности, контролировать регулируемые средства устройства отжига после сварки, которое, согласно первому варианту, может перемещаться назад от сварочного аппарата на общую с упомянутым сварочным аппаратом опору или на отдельную опору, синхронизировано или не синхронизировано с перемещением сварочного аппарата, или, согласно второму варианту, может быть прикреплено и способно покрывать всю ширину свариваемой полосы. Такие устройства отжига устанавливаются, например, между зажимными губками, под нижней стороной полосы, или, согласно другому варианту, вне пределов зоны воздействия и сзади упомянутых зажимных губок, сверху и(или) снизу полосы, для осуществления термической обработки упомянутого сварного соединения в удаленном месте расположения зажимных губок.
Настоящее изобретение позволяет контролировать термический цикл сваривания встык полос, автоматически определяя (до и(или) во время сварки) оптимальные параметры сварки, в частности предназначенные для регулирования упомянутой энергии сварки, которой обеспечивается процесс сваривания, для нагревания упомянутых краев полос. Следовательно, регулирование энергии сварки, которой обеспечиваются края полос или процесс сваривания, позволяет контролировать металлургическую структуру сварного соединения. Определение термического параметра позволяет, в частности, определить оптимальные условия предварительного нагрева при низкой температуре краев свариваемых полос, предпочтительно, при постсварочном отжиге при высокой температуре, и позволяет, таким образом, осуществлять упомянутый контроль над металлургической структурой сварного соединения во время его охлаждения.
В частности, упомянутые средства соединения позволяют, с одной стороны, осуществить упомянутый первый обмен, по меньшей мере, одного параметра полосы, который касается, по меньшей мере, одной характеристики одной из упомянутых полос, между вычислительным устройством устройства контроля и центральной системой автоматизированного управления установки обработки для передачи в упомянутое вычислительное устройство упомянутых параметров полосы, а с другой стороны, упомянутый второй обмен, по меньшей мере, одного рабочего параметра, который относится к работе установки соединения встык, между вычислительным устройством и установкой соединения встык для передачи в вычислительное устройство упомянутого рабочего параметра. Параметры полосы содержат геометрические и(или) физические, и(или) химические параметры каждой из двух полос перед их свариванием друг с другом. Рабочие параметры содержат, в частности, параметры регулирования или сварки, и(или) параметры, связанные с функционированием в реальном масштабе времени установки соединения встык, в частности ее сварочного аппарата, и, по меньшей мере, одного устройства термической обработки. Речь идет, например, не ограничиваясь этим, о параметрах, которые относятся к энергии сварки на выходе источника энергии сварки, предназначенной для нагревания краев полос перед свариванием их друг с другом, или которые относятся к максимальной энергии сварки на выходе упомянутого источника энергии сварки, или также параметров, относящихся к скорости перемещения сварочного аппарата вдоль линии сварки, или к его максимальной и(или) минимальной скорости перемещения, а также данных или параметров регулирования, относящихся, по меньшей мере, к одному устройству термической обработки установки соединения встык, таких как его скорость перемещения вдоль линии сварки, или корреляция между его скоростью перемещения и скоростью перемещения сварочного аппарата, или также параметр, который относится к тепловой энергии, которую устройство термической обработки способно произвести.
На основе этих параметров полосы и рабочих параметров упомянутое вычислительное устройство способно рассчитать, по меньшей мере, один упомянутый термический параметр сваривания, который предназначен, в частности, для определения параметров охлаждения зон полос, подвергаемых воздействию энергии сварки, регулируя, в частности, подачу энергии, способную нагревать упомянутые зоны. С другой стороны, устройство контроля, согласно изобретению, содержит, в частности, базу данных, предназначенную для классификации на основе, по меньшей мере, одного из упомянутых параметров полосы каждой из полос, по меньшей мере, в одном семействе материалов; причем каждое семейство материалов содержит, по меньшей мере, один эталонный материал, отличающийся, по меньшей мере, одним эталонным параметром, предназначенным, в частности, для идентификации и классификации упомянутой полосы в упомянутом семействе материалов. Упомянутый эталонный материал, в частности, идентифицируется, по меньшей мере, одним элементом его химического анализа, например, содержанием углерода или эквивалентом углерода. Упомянутые эталонные параметры содержат, в частности, по меньшей мере, одну физическую и(или) химическую характеристику эталонного материала, от которой может зависеть сварка, например, содержание углерода или эквивалента углерода, и(или) параметр критического охлаждения, например, скорость критического охлаждения или время критического охлаждения между двумя температурами. В частности, по меньшей мере, один эталонный параметр каждого эталонного материала содержит один критический металлургический параметр в зависимости от заданной величины или позволяет определить металлургические свойства в зависимости от металлургического параметра для того, чтобы позволить установить упомянутый критический металлургический параметр в зависимости от упомянутой заданной величины. Упомянутый критический металлургический параметр, в частности, может быть сравнен с упомянутым термическим параметром. Заданная величина представляет собой параметр, который, в частности, может быть введен в базу данных оператором с пульта оператора и может характеризовать сварное соединение. Речь идет, например, о максимальной твердости, которую не следует превышать для упомянутого сварного соединения и которая задана для сварного соединения металлографической структуры, или о времени критического охлаждения. Другими словами, эталонный материал отличается эталонным параметром, содержащим, в частности, критический металлургический параметр, например, время критического охлаждения в зависимости от заданной величины, например, твердости, устанавливаемой оператором, или способен определить металлургические свойства в зависимости от металлургического параметра, например, изменения твердости в зависимости от времени охлаждения, позволяющего определить критический металлургический параметр, например, время критического охлаждения в зависимости от заданной величины, например, в зависимости от твердости, устанавливаемой оператором.
Упомянутая база данных пригодна, в частности, для периодизации различных семейств материалов в зависимости, по меньшей мере, одного критерия идентификации материалов и(или) металлургического свойства каждого из упомянутых материалов, в частности, в зависимости от упомянутого эталонного параметра упомянутых эталонных материалов. Она включает в себя, например, химические и(или) физические характеристики, по меньшей мере, одного эталонного материала для каждого семейства материалов. Предпочтительно, классификация каждой из упомянутых полос в семействе материалов осуществляется, в частности, автоматически модулем классификации упомянутого вычислительного устройства на основе упомянутого параметра полосы. Действительно, упомянутый модуль классификации способен определить принадлежность полосы, по меньшей мере, к одному семейству материалов путем идентификации, по меньшей мере, одного из упомянутых параметров полосы и сравнения упомянутого параметра идентифицированной полосы, по меньшей мере, с одним из упомянутых эталонных параметров эталонных материалов каждого семейства. Таким образом, настоящее изобретение позволяет сравнить, по меньшей мере, один параметр полосы, по меньшей мере, с одним эталонным параметром, содержащим информацию о физической и(или) химической характеристике эталонного материала, для того, чтобы классифицировать упомянутую полосу в семействе материалов упомянутой базы данных.
Другими словами, вычислительное устройство содержит модуль классификации, который способен классифицировать каждую полосу, по меньшей мере, в одном семействе материалов упомянутой базы данных на основе считывания или идентификации, по меньшей мере, одного параметра полосы. В частности, на основе, по меньшей мере, одного эталонного параметра эталонного материала базы данных модуль классификации вычислительного устройства способен также выбрать упомянутый критический металлургический параметр в зависимости от упомянутой заданной величины, если последняя включена в упомянутый эталонный параметр, или его вычислить, если, по меньшей мере, один из упомянутых эталонных параметров позволяет определить упомянутые металлургические свойства в зависимости от упомянутого металлургического параметра. В этом случае модуль классификации способен определить в зависимости от упомянутого металлургического свойства упомянутый критический металлургический параметр в зависимости от упомянутой заданной величины.
В частности, если параметры полосы позволяют модулю классификации идентифицировать эталонный материал упомянутой базы данных, по меньшей мере, один эталонный параметр которой соответствует параметру полосы, т.е. если, по меньшей мере, одна физическая и(или) химическая характеристика эталонного материала соответствует, по меньшей мере, одной физической и(или) химической характеристике полосы, тогда упомянутый модуль классификации способен установить соответствие между упомянутой полосой и упомянутым эталонным материалом, приводя, в частности, в соответствие с упомянутой полосой упомянутый критический металлургический параметр. В частности, модуль классификации способен выбрать эталонный материал, обладающий наилучшим соответствием упомянутой полосе, т.е. обладающим наибольшим количеством эталонных параметров, равных параметрам полосы, или также содержащим наибольшее количество общих с упомянутой полосой физических и(или) химических характеристик.
В частности, если модуль классификации не обнаруживает никакого эталонного материала в упомянутой базе данных, имеющего, по меньшей мере, один эталонный параметр, идентичный, по меньшей мере, одному параметру полосы, тогда модуль классификации способен идентифицировать, по меньшей мере, два эталонных материала, для которых, по меньшей мере, один эталонный параметр содержит, по меньшей мере, одну физическую и(или) химическую характеристику, аналогичную или похожую, по меньшей мере, на одну физическую и(или) химическую характеристику полосы. Для каждого из определенных эталонных материалов упомянутый модуль классификации способен выбрать или вычислить упомянутый критический металлургический параметр, затем экстраполировать на основе каждого из упомянутых критических металлургических параметров каждого из упомянутых эталонных материалов, в частности, посредством, по меньшей мере, одной предварительно установленной модели экстраполяции экстраполированный критический металлургический параметр. Во всех этих случаях модуль классификации способен идентифицировать или вычислить для каждой полосы критический металлургический параметр на основе, по меньшей мере, одного из упомянутых эталонных параметров и в зависимости от упомянутой заданной величины.
Предпочтительно, проводится актуализация упомянутой базы данных согласно изобретению: упомянутое вычислительное устройство, в частности, может обновлять упомянутую базу данных, позволяя вводить в упомянутую базу данных, по меньшей мере, один новый эталонный параметр, характеризующий новый эталонный материал, или вносить изменения в эталонный параметр, характеризующий эталонный материал и уже содержащийся в упомянутой базе данных. Новый эталонный материал представляет собой, в частности, стальную полосу, физическая и(или) химическая характеристики которой не фигурируют в базе данных. В этом случае новый эталонный параметр представляет собой, в частности, параметр полосы, относящийся, по меньшей мере, к одной физической и(или) химической характеристике, которая отличается от физических и(или) химических характеристик эталонных материалов, содержащихся в упомянутой базе данных. Кроме того, вычислительное устройство способно, в частности, удалять из базы данных, по меньшей мере, один эталонный параметр, относящийся к эталонному материалу, например, эталонному материалу, не используемому для соединения встык полосы. Предпочтительно, упомянутое вычислительное устройство позволяет, в частности, оператору вводить характеристики эталонных материалов в упомянутую базу данных с пульта оператора. Таким образом, ввод, по меньшей мере, одного нового эталонного параметра или изменение, по меньшей мере, одного ранее существовавшего в базе данных эталонного параметра позволяет, предпочтительно, актуализировать базу данных в зависимости от результатов контроля операций сваривания, производимых или непосредственно на установке обработки, или в лаборатории, и, таким образом, привести сварку в соответствие с упомянутыми результатами контроля упомянутых операций сваривания.
Кроме того, способ контроля, согласно изобретению, в частности, отличается тем, что он включает в себя сравнение, выполняемое автоматически и в реальном масштабе времени, упомянутого термического параметра с упомянутым критическим металлургическим параметром. Для этого вычислительное устройство содержит, в частности, анализирующий модуль, способный автоматически сравнивать, в частности в реальном масштабе времени, критический металлургический параметр, который, например, может быть критическим металлургическим параметром охлаждения, с упомянутым термическим параметром, который может быть термическим параметром охлаждения. Анализирующий модуль, в частности, способен сравнивать величину критического металлургического параметра с величиной термического параметра для определения порядка отношения (больше, меньше, равен) между упомянутыми величинами.
Также способ контроля, согласно изобретению, отличается, в частности, тем, что превышение величины упомянутого критического металлургического параметра (например, критическое время охлаждения) над величиной упомянутого термического параметра (например, время охлаждения, рассчитанное на основе параметров полосы и параметров работы) способно привести, в частности автоматически, к изменению величины, по меньшей мере, одного параметра сварки установки соединения встык для того, чтобы позволить величине упомянутого термического параметра вернуться к величине, не достигающей упомянутой величины критического металлургического параметра. Упомянутое превышение относится, например, к величине упомянутого термического параметра, которая увеличивается и превышает величину критического металлургического параметра, которая сначала была больше ее, а также к величине упомянутого термического параметра, которая уменьшается и выходит за пределы (становится меньше) величины критического металлургического параметра, которая сначала была меньшее ее. Предпочтительно, упомянутое превышение идентифицируется анализирующим модулем в процессе упомянутого сравнения величин. Кроме того, в случае упомянутого превышения и в случае установления упомянутого превышения анализирующим модулем вычислительное устройство способно, в частности, автоматически рассчитать новую величину, по меньшей мере, одного параметра сварки; причем упомянутая новая величина предназначена для поддержания величины термического параметра, не превышающей величины критического металлургического параметра. Например, термический параметр, вычисляемый в реальном масштабе времени, представляет собой время охлаждения сварного соединения между двумя эталонными температурами, составляющими, например, от 1000°C до 300°C, а критический металлургический параметр представляет собой критическое время охлаждения между двумя другими эталонными температурами, составляющими от 1000°C до 300°C, и ниже которой, по меньшей мере, одна металлургическая характеристика зоны сварного соединения достигает упомянутой заданной величины. Принятая во внимание металлургическая характеристика может быть металлографической структурой (мартенситной, бейнитной, перлитной в случае стали). Она также может быть, в упрощенном варианте, твердостью. В случае твердости, принятой как металлургическая характеристика, ее заданная величина или максимально допустимая величина может быть зафиксирована на величине, превышающей 300 HV, предпочтительно, от 380 HV до 420 HV.
Если время охлаждения сварного соединения превышает критическое время охлаждения сварного соединения, то идентификация упомянутого превышения анализирующим модулем приводит к исчислению вычислительным устройством, по меньшей мере, одного нового параметра сварки, предназначенного для уменьшения или увеличения времени охлаждения для того, чтобы величина времени охлаждения оставалась ниже величины критического времени охлаждения. Вычислительное устройство может, например, рассчитать новую подачу термической энергии упомянутым устройством термической обработки установки соединения встык, определив, в частности, температуру предварительного нагрева сварного соединения, позволяя при этом упомянутому термическому параметру оставаться ниже критического металлургического параметра без изменения других параметров сварки. Оно может также определить температуру предварительного нагрева сварного соединения, позволяя упомянутому термическому параметру оставаться ниже критического металлургического параметра, изменяя, по меньшей мере, один другой параметр сварки, такой как энергия на выходе источника энергии сварки и(или) скорость перемещения сварочного аппарата. В последнем случае изменения энергии на выходе источника энергии сварки и(или) скорости перемещения сварочного аппарата могут быть, в частности, ограничены предельным значением, вводимым в вычислительную программу упомянутого вычислительного устройства. Эти предельные значения могут быть, например, максимальной мощностью источника энергии сварки или максимальным временем сварки.
В настоящем изобретении также предлагается оповещение об упомянутом превышении, которое может передаваться посредством упомянутого устройства контроля в упомянутую установку соединения встык и(или) на пульт оператора и предназначено, например, для предупреждения - визуально и(или) на слух - оператора. В частности, упомянутое вычислительное устройство способно передавать упомянутое новое значение упомянутого параметра сварки упомянутым средствам контроля и определения характеристик устройства контроля; причем последние способны, в частности, предупредить об упомянутом новом значении упомянутого параметра сварки упомянутую установку соединения встык и(или) упомянутый пульт оператора. В частности, упомянутые средства контроля и определения характеристик способны сообщить оператору, по меньшей мере, в форме рекомендации упомянутое новое значение упомянутого параметра сварки, рекомендуя, например, новое время предварительного нагрева и(или) новую скорость перемещения, и(или) новую энергию сварки.
Упомянутые средства контроля и определения характеристик также могут, в частности, управлять упомянутой сваркой на основе упомянутого нового значения упомянутого параметра сварки. Действительно, способ контроля согласно изобретению, в частности, отличается тем, что упомянутый контроль, в частности в реальном масштабе времени, упомянутой сварки зависит от упомянутого критического металлургического параметра, определяемого в зависимости от упомянутой заданной величины. Упомянутый критический металлургический параметр позволяет, в частности, определить предельное значение для термического параметра и подвергнуть, таким образом, сварку, по меньшей мере, сварочному напряжению, способному ограничить, по меньшей мере, один параметр сварки для ограничения величины термического параметра. В частности, упомянутые средства контроля и определения характеристик способны подать в машину соединения встык или в центральную систему автоматизированного управления, по меньшей мере, одну команду по регулированию установки соединения встык, назначением которой является, например, запуск устройства термической обработки (устройства предварительного нагрева и(или) отжига) и его регулирование в зависимости от упомянутого нового параметра сварки.
Таким образом, устройство контроля согласно изобретению, в частности, способно, с одной стороны, заранее, т.е. перед сваркой, определить параметры сварки в зависимости от упомянутых параметров полосы и рабочие параметры для управления, по меньшей мере, одним устройством термической обработки и сварочным аппаратом установки соединения встык, но также, с другой стороны, оно способно изменять в реальном масштабе времени в процессе сварки упомянутые параметры сварки для того, чтобы они выполняли один или множество предварительно определенных критических металлургических параметров. Для этого вычислительное устройство устройства контроля способно, в частности, принимать в течение всего времени сварки значения параметров сварки, как, например, показатель энергии на выходе источника энергии сварки и(или) значение скорости перемещения сварочного аппарата, и(или) значение времени и температуры упомянутого сваривания. На основе величин параметров сварки, измеряемых в реальном масштабе времени, вычислительное устройство способно рассчитать в реальном масштабе времени упомянутый термический параметр, сравнить его с критическим металлургическим параметром и в случае превышения величины критического металлургического параметра над величиной термического параметра уведомить об упомянутом превышении упомянутые средства контроля и определения характеристик для передачи указания и(или) рекомендации оператору и(или) установке соединения встык, или производства расчета, по меньшей мере, одного нового параметра сварки, предназначенного для управления установкой соединения встык и позволяющего обеспечить возврат величины термического параметра ниже величины критического металлургического параметра.
В настоящем изобретении также предлагается способ соединения встык краев последовательных полос, соответствующих соединению встык края первой полосы с другим краем второй полосы посредством установки соединения встык установки обработки полос; причем упомянутый способ соединения встык содержит, в частности, следующие этапы: зажатие каждого из краев полос зажимной губкой установки соединения встык; разрезание упомянутых краев, например, ножницами для подготовки упомянутых краев для их соединения друг с другом; расположение упомянутых краев, которое предназначено для того, чтобы позволить производство их сварки посредством сварочного аппарата установки соединения встык; сварку упомянутых краев посредством сварочного аппарата, допускающую взаимодействие с предварительным и пост-нагреванием упомянутых краев при помощи устройства термической обработки, и отличается тем, что он содержит упомянутый автоматический контроль над термическим циклом сварного соединения, в частности способного взаимодействовать с упомянутой сваркой упомянутых краев полос, в частности с предварительным и пост-нагреванием упомянутых краев. Действительно, упомянутая сварка, согласно изобретению, контролируется в реальном масштабе времени средствами регулирования и определения характеристик упомянутого устройства контроля для того, чтобы контролировать термический цикл сваривания и гарантировать качественное сварное соединение.
Примеры осуществления и применения настоящего изобретения представлены при помощи следующих фигур чертежа, на которых:
- фиг.1 изображает пример пространственного распределения теплоты сваривания во время сварки двух краев полос;
- фиг.2 изображает пример термических циклов и трансверсального распространения температур сваривания;
- фиг.3 изображает пример влияния скорости охлаждения на металлургическую структуру и твердость зоны, подверженной свариванию стали;
- фиг.4 изображает пример осуществления устройства контроля термического цикла сварного соединения встык согласно изобретению.
На фиг.1 изображен пример пространственного распределения тепловой энергии сваривания во время сварки двух краев полос. Источником энергии сварки сварочного аппарата является, в частности, источник тепловой энергии, например, электрическая дуга, лазерный луч или электрическое сопротивление, который способен нагревать, по меньшей мере, одну зону, содержащую, по меньшей мере, часть каждого из краев полос B1, B2, и перемещаться вдоль кромок упомянутых краев полос согласно линии сварного соединения CS; причем упомянутые кромки находятся друг против друга для того, чтобы позволить их нагревание и сваривание друг с другом. Под воздействием этого источника тепловой энергии образуется сварочная ванночка BF, содержащая расплавленный материал каждой из упомянутых полос B1, B2, и, в случае необходимости, присадочный металл в виде, например, металлической проволоки, которая позволяет вовлечь во всю сплошную среду упомянутые полосы, обеспечивая при этом плотное соединение их кромок. Две полосы B1, B2, таким образом, могут образовать сплошную полосу. Тепловая энергия сварочной ванночки передается путем теплопроводности вокруг сварочной ванночки BF. Вокруг сварочной ванночки BF формируются изотермические кривые θX с типичной овальной формой, вытянутой назад относительно направления перемещения сварочного аппарата (относительно x). Трехмерное изображение общего пространственного распределения температур вокруг сварочной ванночки BF может быть построено, рассматривая установочную ортонормированную отметку, пространственно центрированную по центру 0 сварочной ванночки, содержащую ось x, проходящую через линию сварного соединения CS, ось y, перпендикулярную упомянутой линии сварного соединения CS и, таким образом, параллельную направлению протягивания полосы, и воздействуя на температуры по оси z, перпендикулярной плоскости протягивания, образованной полосами и проходящей через центр 0 сварочной ванночки BF. Разрез этого термического тела ST плоскостью, параллельной линии сваривания CS (т.е. параллельно оси x) и перпендикулярной плоскости протягивания полосы, позволяет получить кривую изменения температуры от точки полосы, расположенной в упомянутой параллельной плоскости, в зависимости от перемещения источника энергии сваривания сварочного аппарата. Это изменение температуры в зависимости от перемещения источника энергии сваривания обычно называется термическим циклом CT точки.
На фиг.2 показан пример термического цикла CT и трансверсального распределения температур сваривания. Кривая CI изображает трансверсальное распределение температур. Речь идет о поперечном сечении термического тела ST, изображенного на фиг.1, т.е. в плоскости, перпендикулярной поверхности полос B1, B2, перпендикулярной направлению перемещения источника энергии сваривания и проходящей через сварочную ванночку. Кривая CI симметрична плоскости, перпендикулярной поверхности упомянутых полос B1, B2 и проходящей через линию сваривания полос B1, B2. Она изображает, в частности, изменение максимальной температуры, которую достигает каждая точка линии, параллельной оси y, проходящей через центр сварочной ванночки и перпендикулярной линии сварного соединения. Данная максимальная температура уменьшается, когда происходит удаление от сварочной ванночки по оси y, и приводит, по зонам, к сложным металлургическим изменениям:
- рядом со сварочной ванночкой, между первой температурой θ1 и второй температурой θ2, которая меньше упомянутой первой температуры θ1, например, соответственно между приблизительно 1500°C и 1200°C, очень большое укрупнение аустенитного зерна придает, как правило, металлу очень сильную прокаливаемость с развитием твердых и хрупких игольчатых структур;
- между второй температурой θ2, например 1200°C, и третьей температурой θ3, которая меньше упомянутой второй температуры θ2, как правило, наблюдается совокупность структур - от стандартных структур до крупных структур, - способных содержать структурные составляющие быстрого охлаждения;
- между третьей температурой θ3 и четвертой температурой θ4, которая меньше упомянутой третьей температуре θ3, появляются типичные, сложные мелкозернистые структуры быстрых преобразований в межкритической области;
- между четвертой температурой θ4 и пятой температурой θ5, которая меньше четвертой температуры θ4 и равна, например, приблизительно 600°C, наблюдаются некоторые металлургические явления как, например, коалесценция некоторых дисперсолидов, слишком высокий отпуск отпущенных закаленных структур;
- при температуре, которая ниже пятой температуры θ5, обычно предполагается, что никаких существенных структурных изменений не происходит.
Max
Точка края упомянутых полос или сварного соединения, в которой термический цикл CT может достигнуть максимальной температуры θ, находящейся между первой температурой θi и второй температурой θ2, является точкой, в которой существует большой риск охрупчивания сварного соединения. Действительно, в зависимости от времени, которое потребуется для охлаждения упомянутой точки, могут появиться различные металлургические структуры; причем каждая относится к различному уровню качества сварного соединения. Для того, чтобы не допустить охрупчивания сварного соединения, в настоящем изобретении предлагается контроль над металлургической структурой сварного соединения путем контроля, в частности, термического параметра, как, например, скорости охлаждения сварного соединения. Действительно, представляется возможным производить вычисления и осуществлять контроль для такой точки упомянутого термического параметра, например, мгновенной скорости охлаждения VRe или времени охлаждения TR между первой эталонной температурой θRM и второй эталонной температурой θRm, которая меньше упомянутой первой эталонной температуры θRM; причем упомянутые эталонные температуры определяют, в частности, интервал температуры между 1000°C и 300°C, например, совокупность температур, составляющих от 800°C до 500°C или от 700°C до 300°C. Для вычисления данной мгновенной скорости охлаждения VRθ или времени охлаждения TR представляется возможным идентифицировать на термическом теле зону, подверженную воздействию упомянутой максимальной температуры θMax, и применить к ней математическую модель, способную рассчитать упомянутую мгновенную скорость охлаждения VRθ или упомянутое время охлаждения TR, как, например, модель Рыкалина.
В частности, зная энергию сварки, которая присутствует на выходе источника энергии сварки сварочного аппарата, а также скорость перемещения упомянутого сварочного аппарата (или источника энергии сварки, если последний перемещается независимо от сварочного аппарата, который, например, мог бы быть неподвижным относительно полосы), представляется возможным рассчитать время охлаждения TR упомянутой точки полосы между упомянутыми первой и второй эталонными температурами θRM, θRm. Этот расчет времени охлаждения TR, например, возможен путем включения между первой эталонной температурой θRM и второй эталонной температурой θRm математической формулы (1) изменения мгновенной скорости охлаждения VRθ между упомянутыми первой и второй эталонными температурами θRM, θRm. В случае, когда первая полоса идентична (т.е. тот же материал, те же геометрические характеристики) второй полосе, упомянутая математическая формула (1), например, следующая:
,
где:
VRθ - мгновенная скорость охлаждения упомянутой точки полосы во время прохождения упомянутой точки полосы при произвольной температуре θ, находящейся между первой эталонной температурой θRM и второй эталонной температурой θRm, мгновенная скорость охлаждения VRθ выражается в градусах Кельвина в секунду, а упомянутая произвольная температура θ выражена в градусах Кельвина. Другими словами, мгновенная скорость охлаждения VRθ является скоростью охлаждения при произвольной температуре θ;
Eq - энергия сварки на выходе источника энергии сварки на единицу длины сварного соединения, выраженная в джоулях на метр;
ρ - объемный вес материала полосы при произвольной температуре θ, выраженный в килограммах на кубический метр;
cv - тепловая энергия на единицу веса материала полосы при произвольной температуре θ, выраженная в джоулях на килограмм на градус Кельвина;
θO - первоначальная температура упомянутой точки полосы, выраженная в градусах Кельвина. Упомянутая первоначальная температура θO может быть, например, температурой предварительного нагрева упомянутой точки полосы или температурой окружающей среды;
k - удельная теплопроводность материала полосы, выраженная в джоулях на метр, в секунду, на градус Кельвина;
e - толщина свариваемой полосы, выраженная в метрах.
Вычисление времени охлаждения TR может также учитывать возможный эффект охлаждения, возникающий из передачи тепловой энергии упомянутой точки полосы в зажимных губках установки соединения встык. Математическая формула (1) позволяет, например, контролировать время охлаждения точки полосы между упомянутыми эталонными температурами θRM, θRm, изменяя энергию Eq на выходе источника энергии сварки и(или) первоначальную температуру θO.
На фиг.3 представлены четыре графика, схематично изображающие металлургические свойства. Каждый из трех первых графиков (фиг.3a, 3b и 3c) содержит, по абсциссе - первую ось, изображающую увеличивающуюся временную шкалу времени охлаждения TR, а по ординате - вторую ось, изображающую температурную шкалу θ, также увеличивающуюся от начала упомянутых осей. Четвертый график (фиг.3d) изображает изменение твердости сварного соединения стальной полосы в зависимости от времени охлаждения TR упомянутого сварного соединения. Четыре различных графика позволяют показать роль скорости охлаждения зоны, подвергаемой свариванию стали на металлургической структуре, и твердости упомянутой зоны.
На первом графике (фиг.3a) показана динамика металлографической структуры сварного соединения в течение его охлаждения на основе максимальной температуры θMax. График содержит три области, ограниченные упрощенным образом: аустенитную область A, мартенситную область M, бейнитную область B. Первая кривая охлаждения CR1, соответствующая первому очень короткому времени охлаждения TR1, проходит через аустенитную область A, затем через мартенситную область M, подходя к конечной мартенситной структуре сварного соединения, потенциально твердого и хрупкого.
Второй график (фиг.3b) охватывает те же области, которые изображены на фиг.3a, и показывает динамику металлографической структуры сварного соединения в процессе его охлаждения начиная с той же максимальной температуры θMax и в период второго времени охлаждения TR2, более продолжительного, чем упомянутое первое время охлаждения TR1, согласно второй кривой охлаждения CR2, приводящей к окончательной бейнитной структуре.
Третий график (фиг.3c) изображает первый термический цикл CT1, соответствующий первой кривой охлаждения CR1, а также второй термический цикл CT2, соответствующий второй кривой охлаждения CR2. В результате применения математической модели, способной предварительно рассчитать время охлаждения TR, например, интегрируя между двумя температурами θRM и θRm математическую формулу (1) вычисления мгновенной скорости охлаждения Vrθ; причем вычислительное устройство, согласно изобретению, способно, в частности, определить, какая температура предварительного нагрева θO и(или) какая энергия Eq, имеющаяся на выходе источника энергии сварки, на единицу длины сварного соединения были бы необходимы для увеличения времени охлаждения TR для того, чтобы оно было равно второму времени охлаждения TR2, соответствующему второй кривой охлаждения CR2. В этом случае металлургический параметр является временем охлаждения TR, а критический металлургический параметр является временем охлаждения TR2. Время охлаждения TR2 определяется на основе металлургического свойства, описанного на фиг.3b, для металлургического параметра (время охлаждения TR) в зависимости от эталонных температур θRM, θRm и в зависимости от бейнитной металлургической структуры B, выбранной в качестве заданной величины.
Четвертый график (фиг.3d) изображает металлургическое свойство, которое показывает динамику твердости HV зоны сварного соединения, охлажденного начиная от максимальной температуры θMax в зависимости от времени охлаждения TR. Первая кривая охлаждения CR1 приводит к первой твердости HV1, которая превышает зафиксированную максимальную твердость HVMax, которая может быть, например, заданной величиной, в то время как вторая кривая охлаждения CR2 приводит к второй твердости HV2, которая немного меньше максимальной твердости HVMax. Устройство контроля, согласно изобретению, способно контролировать это время охлаждения TR, изменяя и контролируя параметры, от которых оно зависит, таких как энергия Eq, и температуру предварительного нагрева θO. Для изменения этих параметров устройство контроля, согласно изобретению, способно, в частности, контролировать и регулировать установку соединения встык в зависимости от упомянутых параметров. В частности, этот четвертый график может быть интерпретирован следующим образом применительно к настоящему изобретению: твердость HV является металлургическим параметром; максимальная твердость HVMax является критическим металлургическим параметром, определяемым на основе, с одной стороны, эталонных параметров, которые могут характеризовать твердость HV эталонного материала в зависимости от времени охлаждения TR упомянутого эталонного материала, а с другой стороны, на основе заданной величины, введенной оператором в базу данных, которая определяет посредством величины максимальной твердости HVMax предельную твердость, которую не следует превышать.
Фиг.4 изображает пример практической реализации устройства контроля C1 термического цикла сварного соединения встык, согласно изобретению, который подходит для осуществления способа автоматического контроля термического цикла сварного соединения встык полос.
Устройство контроля C1 адаптировано к установке соединения встык M1 установки обработки полос (не показана); причем упомянутая установка соединения встык Ml содержит, в частности: сварочный аппарат M11, который может сваривать край первой полосы с другим краем второй полосы; две пары зажимных губок, способные зафиксировать упомянутые края полосы; по меньшей мере, одно устройство термической обработки M12, M13, способное осуществить термическую обработку упомянутых краев полос, например, устройство предварительного индукционного нагрева M12 и устройство отжига M13; причем упомянутое устройство контроля C1 отличается тем, что оно содержит:
- средства соединения C15, предназначенные для соединения упомянутого устройства контроля C1 с центральной системой автоматизированного управления A1 упомянутой установкой обработки полос и с упомянутой установкой соединения встык M1 для того, чтобы позволить, соответственно, обмен, по меньшей мере, одного параметра полосы с упомянутой центральной системой автоматизированного управления A1 и обмен, по меньшей мере, одного рабочего параметра установки соединения встык с упомянутой установкой соединения встык M1. Центральная система автоматизированного управления A1 установкой обработки полосы содержит, в частности, различные данные/информацию относительно полос в процессе обработки и способно производить обмен этими данными/информацией с упомянутым устройством контроля C1 при помощи упомянутых средств соединения C15;
- вычислительное устройство C11, способное вычислить или определить на основе упомянутых параметров полосы и рабочих параметров, по меньшей мере, один термический параметр упомянутого сварного соединения. Этот термический параметр является, например, временем охлаждения упомянутого сварного соединения, определяемого на основе математической формулы, интегрированной в эти параметры, по меньшей мере, части упомянутых параметров полосы и рабочих параметров;
- средства контроля и определения характеристик C14 сварки упомянутого сваривания, способные контролировать упомянутую сварку в зависимости от упомянутого термического параметра и содержащие, в частности, средства измерения и регулирования количества имеющейся в распоряжении энергии сварки на единицу длины сварного соединения, средства измерения и регулирования скорости перемещения сварочного аппарата, средства регулирования устройства термической обработки краев полос и, возможно, регулируемые средства устройства отжига после сварки.
В частности, вычислительное устройство C11 способно принимать поступающие из системы автоматизированного управления A1 установкой обработки данные, относящиеся к свариваемым полосам. Оно также способно получать из установки соединения встык M1 посредством сварки, по меньшей мере, один рабочий параметр, например, значение энергии сварки на выходе источника энергии сварки сварочного аппарата M11 и скорости перемещения сварочного аппарата M11, содержащего упомянутый источник энергии сварки. Вычислительное устройство C11, в частности, способно производить, по меньшей мере, тепловой расчет на основе, по меньшей мере, термической модели, такой как, например, математическая формула (1), позволяющей получить упомянутый термический параметр на основе упомянутых параметров полосы и рабочих параметров. Этот термический параметр является, например, временем охлаждения TR сварного соединения между первой эталонной температурой θRM, которая больше второй эталонной температуры θRm, как это ранее было изображено на фиг.2 и 3.
Устройство контроля Cl содержит, в частности, базу данных C13 семейств материалов, предназначенную для классификации полосы, по меньшей мере, в одном семействе материалов упомянутой базы данных на основе упомянутых параметров полосы. Речь идет, например, о типах стали, классифицированных по семействам сталей; причем семейство сталей содержит, по меньшей мере, одну эталонную сталь, отличающуюся эталонным параметром, позволяющим, например, идентифицировать упомянутую эталонную сталь посредством, по меньшей мере, одной физической и(или) химической характеристики, например, одним элементом ее химического анализа, таким как содержание углерода или его эквивалента углерода. Данная база данных C13, в частности, может принимать изменения в соответствии с новыми данными непосредственно с пульта оператора OP и(или) посредством центральной системы автоматизированного управления A1, и(или) вычислительного устройства C11. Каждому эталонному материалу каждого семейства материалов, например, каждой эталонной стали каждого семейства сталей соответствует, по меньшей мере, один критический металлургический параметр. Критический металлургический параметр является, в частности, критическим параметром охлаждения, например, временем критического охлаждения между первой эталонной температурой θRm и второй эталонной температурой θRm, соответствующим максимальному значению предварительно заданной твердости, как это изображено на фиг.2 и 3. Упомянутый критический металлургический параметр является, в частности, или эталонным параметром эталонного материала в базе данных, или параметром, рассчитанным модулем классификации C112 на основе, по меньшей мере, эталонного параметра эталонного материала, если, по меньшей мере, один из упомянутых эталонных параметров позволяет определить металлургическое свойство упомянутого эталонного материала в зависимости от металлургического параметра.
Модуль классификации C112, в частности, содержится в вычислительном устройстве C11. Кроме того, он, в частности, способен принимать упомянутые параметры полосы, предназначенные для идентификации материала полосы, и способен классифицировать полосу в семействе материалов упомянутого банка данных на основе упомянутых параметров. В частности, модуль классификации C112 способен найти в базе данных C13, по меньшей мере, одно семейство материалов, к которому упомянутая полоса может принадлежать, и идентифицировать в рамках данного семейства материалов, по меньшей мере, один эталонный материал, отличающийся, по меньшей мере, одним эталонным параметром, например, эталонной сталью семейства сталей; причем упомянутый эталонный параметр является, по меньшей мере, физической и(или) химической характеристикой, схожей или идентичной физическим и(или) химическим характеристикам полосы, или другими словами, схожим или идентичным упомянутым параметрам полосы. Модуль классификации C112 способен, в частности, извлечь из базы данных C13 упомянутый критический металлургический параметр на основе, по меньшей мере, одного из упомянутых эталонных параметров. Этот критический металлургический параметр является, например, временем охлаждения точки полосы, которое характеризует время, необходимое для того, чтобы упомянутая точка переходила от первой эталонной температуры θRM к второй эталонной температуре θRm, причем последнее может соответствовать, например, максимальному предварительно установленному значению твердости. Упомянутый критический металлургический параметр является, в частности, извлекаемым или рассчитываемым на основе, по меньшей мере, одного из упомянутых эталонных параметров эталонного материала. Также модуль классификации C112, согласно изобретению, способен, в частности, определить на основе, по меньшей мере, первого и второго эталонного параметров, соответственно, первый и второй эталонный материал, каждый из которых содержит, по меньшей мере, одну физическую и(или) химическую характеристику, сравнимую с физическими и(или) химическими характеристиками полосы, среднее металлургическое свойство, способное соответствовать металлургическому свойству сварного соединения и предназначенное для определения упомянутого критического металлургического параметра. Также модуль классификации C112 способен, в частности, экстраполировать на основе, по меньшей мере, двух критических металлургических параметров, соответственно, по меньшей мере, два эталонных материала, каждый из которых содержит, по меньшей мере, одну физическую и(или) химическую характеристику, схожую с физической и(или) химической характеристикой свариваемой полосы, например, содержание углерода или эквивалент углерода; промежуточный металлургический параметр, способный характеризовать металлургическое свойство полосы и выступить в качестве ограничения для упомянутого термического параметра.
Вычислительное устройство C11 содержит, в частности, анализирующий модуль C113, способный автоматически сравнивать в реальном масштабе времени критический металлургический параметр с упомянутым термическим параметром, определяемым расчетным путем упомянутым вычислительным устройством C11. Например, термический параметр является временем охлаждения TR между первой и второй эталонными температурами θRM, θRm, рассчитанным в зависимости от энергии сварки и скорости перемещения сварочного аппарата M11, содержащего упомянутый источник энергии сварки. Это время охлаждения может сравниваться упомянутым анализирующим модулем С113 с критическим металлургическим параметром, извлеченным или экстраполированным из эталонных параметров базы данных, которые могут быть, в частности, критическим параметром охлаждения, например, временем критического охлаждения. Предпочтительно, если величина термического параметра превышает величину критического металлургического параметра, например, если величина времени охлаждения TR превышает величину времени критического охлаждения, тогда вычислительное устройство C11 может рассчитать в реальном масштабе времени, по меньшей мере, один параметр сварки, предназначенный для управления и(или) контроля сварки, способный поддерживать величину термического параметра ниже величины критического металлургического параметра. Кроме того, упомянутое вычислительное устройство C11 способно, в частности, передавать упомянутый новый параметр сварки упомянутым средствам контроля и определения характеристик C14 устройства контроля C1 для того, чтобы последние их учитывали для осуществления в реальном масштабе времени контроля над сваркой краев свариваемых полос. Упомянутые средства контроля и определения характеристик C14 могут, в частности, управлять в реальном масштабе времени установкой соединения встык согласно термическому циклу, определяемому в зависимости от упомянутого термического параметра и данных, измеряемых во время сварки (температуры сварного соединения, имеющейся энергии и т.д.).
Согласно первому варианту практической реализации, упомянутые средства контроля и определения характеристик C14 способны, в частности, передавать информацию на пульт оператора OP; причем упомянутая информация предназначена для оповещения об упомянутом превышении оператора для того, чтобы последний смог приступить к регулированию параметров сварки с пульта оператора OP, как, например, предварительного нагрева посредством устройства термической обработки M12 или изменения энергии сварки. Согласно второму варианту практической реализации, упомянутые средства контроля и определения характеристик C14 способны, в частности, автоматически изменять параметры сварки сварочной установки, вводя в нее упомянутый новый параметр сварки. Действительно, способ автоматического контроля, согласно изобретению, отличается тем, что упомянутые средства контроля и определения характеристик C14 способны передавать или в центральную систему автоматизированного управления A1, или непосредственно в установку соединения встык M1, или, в частности, непосредственно в сварочный аппарат M11 указание на регулирование, содержащее новую совокупность параметров сварки, содержащую упомянутый новый параметр сварки. Новая совокупность параметров сварки предназначена для управления установкой соединения встык таким образом, чтобы термический параметр мог бы быть возвращен к величине ниже величины критического металлургического параметра.
В заключение способ контроля, согласно изобретению, и устройство контроля для его осуществления содержат, таким образом, многочисленные усовершенствования по сравнению с существующими технологиями:
- они позволяют осуществлять контроль над сварочным циклом сварного соединения встык и определять путем расчета оптимальные условия сваривания для контроля металлургической структуры сварного соединения и контроля, по меньшей мере, одного термического параметра;
- они позволяют добиться точного соответствия между термическим циклом сварного соединения и металлургическими характеристиками (т.е. Физическими и(или) химическими) материала полосы;
- они позволяют отдавать предпочтение операциям предварительного нагрева при умеренных температурах вместо постсварочных отжигов при высоких температурах;
- они позволяют исключить риски производства плохих расчетов операторами;
- они позволяют постоянно актуализировать базу данных эталонных материалов без усложнения задачи оператора;
- они позволяют осуществить адаптацию в реальном масштабе времени параметров сварки и, таким образом, управления в реальном масштабе времени термических циклов материалов свариваемой полосы.