<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Werkstü- ken, bei welchen die einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Werkstücke abgeschmolzen, die Werk- stücke nach Massgabe ihres Abschmelzens einander genähert und schliesslich zusammengetaucht werden und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung kann zum Schweissen von Rohren, Blechen,
Schienen sowie anderen kompakten und hohlen Erzeugnissen verwendet werden.
Es sind Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Erzeugnissen durch ununterbrochenes Abschmelzen, wobei während des Schweissens die Abschmelzgeschwindigkeit geändert wird, und darauffolgendes Stauchen bekannt. Es sind auch Vorrichtungen für das Durchführen der Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen bekannt (s. beispielsweise A. S. Gelman"Technologie und Ausrüstung für elektrische Widerstandsschweissung", Maschgis, 1960, Moskau).
Bei den bekannten Verfahren werden, um hochwertige Schweissverbindungen zu erzeugen, zuerst die optimalen Schweissbedingungen gewählt und erst danach wird mit dem Schweissen der Werkstücke im Fertigungsprozess begonnen. Hiebei wird unter optimalen Schweissbedingungen die gegenseitige Anhängigkeit solcher technologischer Parameter wie Sekundärspannung des Schweisstransformators, Verschiebung der Werkstücke während des Abschmelzvorgangs, Stromfrequenz, Stauchgeschwindigkeit und-mass sowie andere Parameter verstanden.
Es ist klar, dass hochwertige Schweissverbindungen ein und derselben Erzeugnisse bei unterschiedlichen optimalen Schweissbedingungen erzeugt werden können.
Experimentell erhaltene optimale Schweissbedingungen werden mit Hilfe bekannter Regler des Stauch-und Abschmelzprozesses praktisch verwandt. Diese Regler sind mit Programmvorrichtungen, z. B. mit Programmkurvenkörpern, ausgerüstet.
Da die Qualität der Schweissverbindungen von der richtigen gegenseitigen Kopplung der oben erwähnten Parameter abhängt, so hat die Änderung eines Parameters ohne entsprechende Änderung aller andern eine fehlerhafte Verbindung zur Folge. Es ist auch zu beachten, dass die Höhe der Sekundärspannung, der Gesamtwiderstand des Transformators, die Qualität der Werkstückvorbereitung zum Schweissen usw. während des Schweissprozesses schwanken können. Daher können die Programmkurvenkörper, welche die experimentell erhaltenen Schweissbedingungen praktisch verwenden sollen, bei zufälliger Änderung der Schweissparameter nicht die Erzeugung einer hochwertigen Schweissverbindung gewährleisten.
Aus diesem Grund ist beim bekannten Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Erzeugnissen und bei der Vorrichtung zu seiner Durchführung grosser Arbeitsaufwand erforderlich, um optimale und rationale Schweissbedingungen aufzusuchen. Trotzdem wird die Erzeugung einer hochwertigen Schweissverbindung nicht gewährleistet. Dies aber ist sehr wichtig, da keine zerstörungsfreien Prüfmethoden für Schweissverbindungen, die durch elektrisches Widerstands-Stumpfschweissen erzeugt sind, bestehen.
Es ist Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Erzeugnissen zu entwickeln und eine solche Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, die es ermöglichen, hochwertige Schweissverbindungen bei zufälliger Änderung der technologischen Parameter und der Schweissmaschinencharakteristik während des Schweissprozesses zu erzeugen und ausserdem den Arbeitsaufwand beim Bestimmen von rationalen Schweissbedingungen zu senken.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an zwei vom Ort (fiktive Stossstelle) der einander ursprünglich berührenden Stirnflächen um vorgegebene Abstände entfernte Stellen der Werkstücke die Temperaturen gemessen, aus diesen die Temperatur an der fiktiven Stossstelle nebst dem Dekrement des Temperaturabfalls in den Werk- stücken sowie aus dieser Stossstellentemperatur und dem Dekrement der Abstand jener Stellen, an welchen eine vorgegebene, von dem Werkstückmaterial abhängige Temperatur herrscht, während des Abschmelzens ermittelt, sobald die Stossstellentemperatur einen vorbestimmten, mindestens 70o und höchstens 100No der Schmelztempe- ratur des Werkstückmaterials betragenden Wert erreich hat,
die Werkstücke um den ermittelten Betrag gegen einander bewegt und dabei die Werkstücke um ein Mass gestaucht werden, das gleich dem Abstand zwischen den
Querschnitten, der auf die vorgegebene Temperatur erhitzten Werkstücke ist.
Die Vorrichtung zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen, mit einer Schweissmaschine, die eine mittels eines Stellmotors betätigbare Vorschubeinrichtung mit zwei relativ zueinander bewegbaren Klemmvor- richtungenfür die zu verschweissenden Werkstücke aufweist, und mit einem Regler für den Stellmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass an der einen Klemmvorrichtung zwei dem einen der beiden miteinander zu verschweissen- den Werkstücke gegenüberstehende, in einem Achsialabstand voneinander angeordnete Temperaturgeber befe- stigt und die beiden Temperaturgeber sowie ein Sollwertgeber für die vorgegebene Temperatur an ein Rechen- gerät zur Ermittlung des Abstandes jener Stellen, an welchen die vorgegebene Temperatur herrscht angeschlos- sen sind,
wobei dieses Rechengerät zur Abgabe eines diesem Abstand entsprechenden Signales eingerichtet und der Ausgang für dieses Signal an den Regler für den Stellmotor der Vorschubeinrichtung angeschlossen ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand derBeschreibung eines Ausführungsbeispiels derselben unter Hinweis auf beiliegende Zeichnung erläutert, welche das Prinzipschema der erfindungsgemässen Vorrichtung zum elek- trischen Widerstands-Stumpfschweissen zeigt.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Vorrichtung zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen enthält eine Schweissmaschine --1-- udn einen Regler für den Abschmelz- und Stauchprozess, der zwei Kanäle zum Regeln des Schweiss prozesses besitzt.
Diezu schweissendenErzeugnisse--2 und 2'--sind in der festen Klemmvorrichtung --3-- bzw. in der verschieb- barenKlemmvorrichtung--4-- eingespannt, welche auf dem Bett --5-- der Schweissmaschine --1-- aufgesetzt sind. Die verschiebbare Klemmvorrichtung --4-- wird durch eine Stelleinrichtung verschoben, die als Hydraulikzylinder--6--mitFolgeschieber--7--gebautist.
Der erste Kanal zum Regeln des Schweiss prozesses enthält Temperaturgeber--8 und 9--, die in bestimmten Abständen --X1-- und X2-- von den abzuschmelzenden Stirnseiten der zu schweissenden Erzeugnisse--2 und 2'-angeordnet sind und diese Abstände während des Schweissprozesses ändern und Stellungsgeber--10--z.
B. Potentiometer zum Festlegen des Abstandes der Temperaturgeber--8 und 9--von den während des Schweissprozesses abzuschmelzenden Stirnseiten und einen Sollwertgeberblock--11--für die Temperatur - - T4 - - der Querschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchweg --1-- ist. Die Geber--8 und 9-- zum Messen der Temperaturen --Tl und Tu--in zwei Querschnitten mit den erwähnten Abständen --Xl und X--und der SollWertgeberblock --11-- für Temperatur --T4-- sind an die Eingänge des Rechengeräts--12--zum Bestimmen der dauernd sich ändernden Werte der Temperatur --T3-- der abzuschmelzenden Stirnseiten und des Stauchwe- ges--I--angeschlossen. Die Ausgänge des
Rechengeräts--12--sind an die Umformer --13 und 14--, die epiek- trische Signale in mechanische umformen und den Folgeschieber --7-- der Stelleinrichtung zum Verschieben der Erzeugnisse--2 und 2'--betätigen, angeschlossen.
Im Rcchengerät --12-- zum Bestimmen der dauernd sich ändernden Werte der Temperatur --T3-- der abzuschmelzenden Stirnseiten und des Stauchweges wird das System aus nachstehenden drei Gleichungen gelöst.
EMI2.1
wobei K - Dekrement des Exponentenabfalls, e - Basis des natürlichen Logarithmus.
Das Rechengerät besitzt zwei Unlinearitätsblöcke, deren Eingänge an den Temperaturgebern--8 -- und deren Ausgänge an dem Summator--17--angeschlossen sind. Der Eingang des Blocks für Spannungen, die den ursprünglichen Abständen--X und X2-- der Geber --8 und 9--von den abzuschmelzenden Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände von den abzuschmelzenden Stinrseiten(X2-X1) proportional sind, ist an den Stel- lungsgeber--10--angeschlossen. Die Eingänge der Multiplikationsblocks --19 und 20-- sind an den Blocks --15, 156und18--,währenddieAussgängederMultiplikationsblocksamSummator--21--angeschlosen.
Ausserdem besitzt das Rechengertät --12-- Multiplikationsblocks --22, 23 und 24--sowie Unlinearitäts-
EMI2.2
gang des Blocks --22-- ist mit den Ausgängen der Blocks--17 und 18--verbunden, während sein Ausgang am zweiten Eingang des Blocks --23-- angeschlossen ist. Die Eingänge des Blocks --24-- sind mit den Ausgängen des Summators --21-- und des Blocks --18-- verbunden, während sein Ausgang am Summator--26--und Block --25-- angeschlossen sit. Die Ausgänge der Blocks --23 und 25-- sidn mit den Umformern -12 und 14- - verbun- den.
Der zweite Regelkanal des Reglers enthält an die zu schweissenden Erzeugnisse--2, 2'--angeschlossene Messgeräte --27 und 28--zum Messen der an diesen auftretenden Spannungen bzw. des Stromes und einen Re-
EMI2.3
Leistung, wobei der Re-ten--27 und 28--und dessen Ausgang mit dem Speicher--31-- verbunden ist. Block--29-- enthält auch einen zweiten Speicher --32--, dessen Eingang mit dem Messgerät --28-- verbunden ist, und die logische Einrichtung--33--. Beide Eingänge der letzteren sind mit den Ausgängen des Speichers--13 bzw. 14--verbunden.
Sein Ausgang ist an den Umformern --13 und 14--angeschlossen.
Die Vorrichtung zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen arbeitet folgendermassen.
Vor Beginn des Schweissens wird das Verhältnis zwischen Pegel der Leistung--N 1--, die in den zu schwei- ssendenErzeugnissen während desAbschmelzvorgangs entwickelt wird, und der Speisequelleleitsung --N2-- vor-
EMI2.4
<Desc/Clms Page number 3>
Abschmelzvorgangs einenVorbestimmtenStroms --I-- erzeug wird, der im Primärkreis des Schweisstransformators fliesst. Ausserdem wird noch die Temperaturs --T3-- der abzuschmelzenden Stirnseiten vorgegeben, bei der das Signal zum Stauchen gegeben werden soll. Beispielsweise wird eine Temperatur der abzuschmelzenden Stirnseiten, die zahlenmässig gleich der Schmelztemperatur des Materials der zu schweissenden Erzeugnisse ist, und Temperatur --T4-- der Erzeugnisquerschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchweg ist, vorgegeben.
Es beträgt z. B. bei Konstruktions-Kohlenstoffstählen und einer Stauchgeschwindigkeit von 30 mm/s sowie einer Temperatur der abzuschmelzenden Oberflächen vor dem Stauchen von 15200C dieTemperatur--T4-1100 bis 11500C.
Dann wird die Höhe der Sekundärspannung --U2-- gewählt, die an die zu schweissenden Erzeugnisse gelegt wird, und gleichzeitig wird die Anfangsabschmelzgeschwindigketi --V-- durch ein Öffnen des Schiebers--7-vorgegeben.
Während des Abschmelzvorgangs gelangen der, vor den Messgeräten --27 und 28-- für elektrische Parameter kommende Wert der Leistung,-- (Istleistung), die in den zu schweissenden Erzeugnissen entwickelt wird. und des Stroms --1-- an den Eingang des Regelblocks--29--für den Extremwert der Leistung. In den Speichern --31und32--wird die Differenz Azwischen dem dauernd sich ändernden Wert der gemessenen Grösse und ihrem, während des vorhergehenden Arbeitsspiels gespeichertem Wert gemessen.
Dient udn # Ientsprechenden Siognale gelangen in die logische Einrichtun --83-- des Regelblocks -29-für den Extremwert der Leistung. Je nach den Vorzeichen des Zuwachses AN, und il I und je nach der im Regelblock für Extremleistung eingestellten Logik wird den Umformern --13 und 14--ein Signal zugeführt, so dass diese mit Hilfe der Stelleinrichtung die Abschmelzgeschwindigkeit entsprechend den nachstehenden Beziehungen ändern :
EMI3.1
<tb>
<tb> I <SEP> #N1 <SEP> O <SEP> V <SEP> = <SEP> V1 <SEP> + <SEP> #V
<tb> #I <SEP> O
<tb> II <SEP> #N1 <SEP> O <SEP> V <SEP> = <SEP> V1 <SEP> + <SEP> #V
<tb> #I <SEP> O
<tb> III <SEP> #N1 <SEP> O <SEP> V <SEP> = <SEP> V1 <SEP> + <SEP> #V
<tb> #I <SEP> O
<tb> IV <SEP> #N1 <SEP> O <SEP> V <SEP> = <SEP> V1 <SEP> + <SEP> #V
<tb> #I <SEP> O
<tb>
EMI3.2
der in den zu schweissenden Erzeugnissen wirkenden Leistung geändert.
Während des Abschmelzvorgangs werden die zu schweissenden Erzeugnisse erwärmt. Die von den Gebern --8 und 9--kommenden Signale werden in elektrische Signale umgewandelt, die dem Eingang des Rechengeräts --12-- ugeführt werden. Gleichzeitig mit den Signalen, die den Temperaturen in zwei Querschnitten, die sich in verschiedenen Abständen --Xl und Xz--von den abzuschmelzenden Stirnseiten befinden, entsprechen, werden vom Block --18-- kommende Signale, die dem Abstand dieser Querschnitte von den abzuschmelzenden Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände (Xz-Xj) proportional sind, den Blocks--19, 20, 22 und 24-- zu- geführt.
Hiebei werden zunächst vom Block --18-- den Blocks --19,20,22und 24-- Signale, die proportional den ursprünglichen Abständen dieser Querschnitte von den Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände sind, und dann Signale der dauernd sich ändernden Werte der Abstände- und Xz-- und ihrer Differenz (X-Xj) zu- geführt. Zum Zuführen des Signals, das den sich ändernden urspränglichen Abständen --X1 und X der Querschnitte, die denen die Temperatur gemessen wird, von den abzuschmelzenden Stirnseiten entspricht, wird vom
EMI3.3
--18-- einsem Zwecke mit der verschiebbarenKlemmvorrichtun --4-- der schweissmaschine --1-- verbunden.
Ausser den erwähnten Signalen wird imRechengerät--12-- vom Block--11--aus an den Eingang des Summators --25-- eine Spannung gelegt, die proportional der vorgegebenen Temperatur der Querschnitte ist, deren Abstand voneinander dem Stauchmass entspricht.
Während desAbschmelzvorgangs löst das Rechengerät --21--gemäss den vorgegebenen und zugeführten Daten das oben erwähnte System aus drei Gleichungen mit drei Unbekannten und gibt an den Ausgang Signale, die proportional den dauernd sich ändernden Werten der Temperatur der abzuschmelzenden Stirnseiten--Tq--und des Stauchwegs--I--sind. Die erwähnten Signale werden den Umformern --13 und 14-- zugeführt.
Es werden, um an den abzuschmelzenden Stirnseiten die vorgegebene Temperatur, beispielsweise eine der Schmelztemperatur des Materials der zu schweissenden Erzeugnisse zahlenmässig gleiche Temperatur, zu errei-
<Desc/Clms Page number 4>
chen, die Umformer--13 und 14-- eingeschaltet. Diese geben das Signal zum Beginnen des Stauchensan die Stelleinrichtung -- 6- -, die den Schieber--7--vollkommen öffnet. Der in diesem Augenblick errechnete Wert des Stauchmasses wird gespeichert und durch die Umformer--13 und 14-- in Form eines Befehls an die Stelleinrichtung --6-- weitergeleitet, welche das Stauchmass beschränkt. Schieber --7-- wird beim Erreichen des errechneten Stauchmasses geschlossen.
Auf diese Weise wird mit Hilfe der Vorrichtung das Schweissverfahren praktisch durchgeführt und werden optimale Schweissbedingungen sichergestellt, welche die Erzeugung einer hochwertigen Schweissverbindung garantieren.
Es wird, um rationale Schweissbedingungen für bestimmte Erzeugnisse aufzusuchen, mit verschieden hohen Sekundärspannungen der Schweissmaschine oder auf verschiedenen Maschinen ohne Änderung der Regelparameter geschweisst. Rationale Schweissbedingungen sind die, welche geringeren Materialaufwand verlangen.
Die Vorrichtung ermöglicht es, wie aus der obigen Darlegung ersichtlich ist, hochwertige Schweissbedingun- gen bei veränderlichen technologischen Schweissparametern, unterschiedlicher Schweissmaschinencharakteristik und verschiedenartigen geometrischen Abmessungen der zu schweissenden Erzeugnisse zu erhalten. Beim Übergang zum Schweissen von Erzeugnissen aus anderen Materialien müssen mit Hilfe der Einstellvorrichtungen zwei Parameter u. zw. Temperatur--Ts--der abzuschmelzenden Stirnseiten vor dem Stauchen und Temperatur --T4--derQuerschnitte, derenAbstand voneinander dem Stauchmass entspricht, geändert werden.
Mit dem erfindungsgemässen Schweissverfahren können im Gegensatz zu den bestehenden Verfahren, hochwertige Verbindungen bei zufällig sich ändernden technologischen Schweissparametern erzeugt werden. Dies ist möglich, da die für die Regelung gewählten Grössen nicht von den technologischen Schweissparametern, der Schweissmaschinencharakteristik und den Abmessungen der zu schweissenden Erzeugnisse abhängen. Beim Wählen der rationalen Schweissbedingungen werden beim erfindungsgemässen Verfahren die Schweisskosten bei verschieden hohen Sekundärspannungen bestimmt. Daher entspricht der Umfang der experimentellen Arbeiten, d. h. die Zahl der probeweise, zum Bestimmen der rationalen Schweissbedingungen geschweissten Stösse der Regelstufenzahl der Schweisstransformator-Sekundärspannung.
Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemässen Schweissverfahrens besteht darin, dass bei ihm die Prüfung der Schweissverbindungsqualität durch Prüfung der Zuverlässigkeit der den Schweiss prozess regelnden Geräten ersetzt werden kann.
Ein anderer Vorteil des erfindungsgemässen Schweissverfahrens besteht (bei Arbeiten unter freiem Himmel) darin, dass die vorgegebenen Parameter bei verhältnismässig niedriger, spezifischer, während des Abschmelzvorgangs erforderlicher Leistung, die im Bereich von beispielsweise 0, 5 bis 0, 7 kW/cm2 liegt, erreicht werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Werkstücken, bei welchen die einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Werkstucke abgeschmolzen, die Werkstücke nach Massgabe ihres Abschmelzens einander genähert und schliesslich zusammengetaucht werden, dadurch gekennzeichnet, dass an
EMI4.1
eine vorgegebene, von dem Werkstückmaterial abhängige Temperatur (T4) herrscht, während des Abschmelzens ermittelt, sobald die Stossstellentemperatur einen vorbestimmten, mindestens 70go und höchstens JOCP/o der Schmelztemperatur des Werkstückmaterials betragenden Wert erreicht hat,
die Werkstücke um den ermittelten Betrag (D gegeneinander bewegt und dabei die Werkstücke um ein Mass gestaucht werden, das gleich dem Abstand zwischen den Querschnitten, der auf die vorgegebene Temperatur (T ) erhitzten Werkstücke ist.
EMI4.2
stücke in Wärme umgesetzte Leistung (nul) durch die Regelung des Werkstückvorschubes während des Abschmelzens im wesentlichen auf ihren Maximalwert eingeregelt wird.