CN1208680A - 测定电阻焊质量的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种测定电阻焊质量的方法,利用基于物理现象的可探测到的数字数值测定焊接过程中的熔核生成状态,同时可对焊接材料提供一个广泛的应用范围和能够精确了解焊点的熔核生成状态。基于在交流或脉冲焊接电流条件下待焊接材料电阻率值对温度有依赖关系,在电流变化期间测定电极头间动态电阻瞬时值的变化速度,进而计算出动态电阻瞬时值的变化状态,并计算出焊接区的发热状态,也就是熔核形成状态,从而精确完成对焊点质量的测定。

Description

测定电阻焊质量的方法和设备

本发明涉及用于测定电阻焊，特别是点焊的质量的方法和设备。

近年来，电阻焊，特别是点焊已被应用于各种由钢板制成的产品中，但这种焊接方法有增大焊接缺陷的倾向，即，因为至今为止被焊接的材料通常为低碳钢，所以极少会产生劣焊接电流，从而通过控制焊接条件的恒定可保持焊接质量相对稳定。然而，大量的镀锌钢板和高强度钢板已经开始代替低碳钢板使用，焊接缺陷的出现率增加了。在这种背景下，确实需要一种方法和设备，不仅可用于监测焊接条件，还可以高度精确地监测焊接质量。

关于这个问题，已经开发研究出多种以判断焊接工序完成后焊接效果好、坏为目的的焊接质量监测系统。至于焊接效果好、坏的判断，如果可能，可以使该焊接效果影响下一时刻的焊接。迄今为止已经开发出来的这种焊接质量监测系统例如有：

(1)．例如在日本公开特许公报SHO 56-158286中所公开的一种系统中，一个电极头间的电阻是由焊接电流和焊接电压求出的，并且根据电极头间电阻变化特性曲线来判断焊接效果的好、坏；

(2)．例如在日本特许异议公报SHO 59-14312中所公开的一种系统中，将一个电极头间电压与当前参考电压的时间变化进行比较，并且根据两者之差是否在一个允许值之内来判断焊接效果的好、坏；又如，在日本特许异议公报SHO59-40550和日本特许公报SHO 59-61580中所公开的系统中，用于有效地产生焊接热的有效分量取自电极头间电压，并根据该有效分量的时间积分值来判断焊接效果的好、坏；

(3)．例如在日本特许公报平1-216246中所公开的一种系统中，测定其发热温度，根据其温度变化曲线来判断焊接效果的好、坏；

(4)．例如在日本公开特许公报SHO 52-94841中所公开的一种系统中，在两个被焊接的材料之间传输超声波，根据最终传输量来判断焊接效果的好、坏；

(5)．例如在日本公开特许公报SHO 60-40955中所公开的一种系统中，将从安装在电极头上的加速度传感器获得的信号进行双重积分，利用在焊接过程中电极头所产生的最终位移；

(6)．一系统中，检测焊接电流并监控其上限和下限值以保持焊接电流恒定；

(7)．例如在大阪大学研究科Sano的焊接专业硕士论文(1979)“点焊中焊接电流通路和温度分布的数值分析方法的研究”(“A study on numericalanalysis for welding current path and temperature distribution in spotwelding”)(1979)，和大阪大学研究科Nishiu的焊接专业硕士论文(1991)“利用数值计算快速监控电阻点焊质量的研究”(“A study on faster qualitymonitoring with the aid of numerical calculation for resistance spotwelding”)(1991)中所公开的系统中，利用一个热传导模型，用计算机计算出熔核的直径；以及其它一些类似的系统。

在这些系统中，对于系统(1)，当一个电极头端部发生破裂或焊接电流偏移或者当被焊接材料是镀锌钢板时，由于没有均匀的电阻值变化特性曲线，会很难判断焊接结果的好坏。对于系统(2)，由于当焊接状态发生变化时，例如电极头破裂或者板的厚度发生变化时，每次都要重新设置焊接结果判断条件，所以很难在实用的基础上对焊接结果的好坏进行精确的判断。系统(3)和(4)从如何装配和安装温度检测设备和超声波传输和接收设备的角度来看，在现场作业应用方面存在一定的困难。系统(5)在实用方面是有问题的，因为在现场焊接作业的应用过程中，会牵涉到噪音干扰、难以测量小的位移以及各电阻焊机的机械强度不同等因素。系统(6)从成本的角度出发，其价格低廉，容易实施，可有效地发现电源故障，次级导线的断路等，但是由于降低了电流密度，它不能鉴别诸如电极头端部的破裂和焊接电流的偏移等焊接质量的恶化。

此外，这些各种类型的传统焊接质量测定系统需要对每种焊接材料在焊接现场进行预备实验，然后确定焊接质量和判断依据之间的关系，除此之外，判定的结果只能对焊接的好坏提供一个粗略的判断。系统(7)尽管有解决上述问题的潜力，但其最大的缺点是需要很长的时间解热传导方程。因此，情况是，在焊接过程完成之前不能对焊接结果进行判断，从而不能达到对焊机本身的输出控制或对焊接结果的改善。

因此，本发明的目的是解决上述问题并提供用于监控电阻焊的质量的方法和设备，它具有监控熔核生成的状态通用性和测定焊接质量的可靠性。

为达到上述目的，提供了一种用于测定电阻焊质量的方法，包括以下步骤：

在焊接电流的瞬时值变化的电流变化期间，检测焊接电流和电极头之间电压的瞬时值；

由检测出的两个数值计算出电极头之间视在动态电阻的瞬时值；

在电流变化期间的一个任意时刻计算出电极头间动态电阻的动态电阻瞬时值的变化速度；以及

利用根据电流变化期间许多次的情况计算出来的动态电阻瞬时值的变化速度的变化特性来测定焊接的质量。

为了达到上述目的，同时提供了一种用于测定电阻焊质量的设备，包括：

用于检测焊接电流的焊接电流测量装置；

用于检测电极头间电压的电极头间电压检测装置；

用于由测量装置和检测装置的检测值计算电极头间视在动态电阻的电极头间动态电阻的计算装置；

动态电阻瞬时值变化速度计算装置，用于计算在焊接过程中焊接电流瞬时值发生变化的电流变化期间内电极头间动态电阻的动态电阻瞬时值的变化速度；

用于一个接一个地存储电极头间动态电阻和动态电阻瞬时值变化速度的存储装置；以及

通过采用所存储的动态电阻瞬时值的变化速度进行判断焊接质量的算术运算处理的运算器。

通过下面将要进行的详细描述和仅以图解的方式给出的，从而不仅局限于本发明的附图，将会对本发明有一个更全面的理解，其中：

图1是一个表示根据本发明的一个实施例的用于电阻焊的质量测定装置设备配置的说明图；

图2是一个表示一种金属材料的电阻率与温度的关系的说明图；以及

图3是一个动态电阻瞬时值变化速度的测量值和在一焊接点熔核生成状态的说明图。

下面说明根据本发明的一种电阻焊的质量测定方法。在焊接过程中焊接电流瞬时值变化的电流变化期间Tn，例如在交流焊接电流的一个半周内或者在电流脉冲的电流期间内，检测焊接电流和电极头间电压的瞬时值。由焊接电流及电极头间的电压瞬时值得到电极头间视在电阻，这里所得到的电极头间电阻值称作电极头间动态电阻瞬时值。可以认为该电极头间动态电阻瞬时值的特性对金属材料焊接时所具有的电阻率对温度的正依赖关系是敏感的，并且，在电流变化期间电极头间动态电阻瞬时值的变化速度，即，动态电阻瞬时值的变化速度ΔRn可以被认为也与焊接区的温度升高速度有关。图2给出了一种金属材料的电阻率与温度的依赖关系的例子。因此，通过计算电流变化期间T1到电流变化期间Tn的电极头间的动态电阻并进行计算各独立期间内一个接一个的动态电阻瞬时值的变化速度ΔRn就可以掌握电阻率和温度升高状态的变化过程。因此，就可以测定一个焊接区的焊接形成状态，也就是焊接质量的测定。

此外，由于直接测量的电极头间的电压波形会包含象由于焊接电路与测量电路之间的互感引起的感应电压那种噪音，因此需要解决这种噪音问题。

下面将参考附图描述本发明的一个实施例。

参考图1，一个焊接电极(电极头)8连接到一个未示出的AC焊接电源，并经过被焊接的材料11进入导电状态。因为传导电流是交流电流，对电流变化期间的探测是根据在导电状态下的每一个AC半周进行的，从而可以在导电状态下的所有期间获得动态电阻瞬时值的变化速度。一个环形线圈9可以探测在焊接电流导通状态下产生的磁通量，一个焊接电流测量电路1进行放大和积分处理，通过一个质量判断运算处理电路7在一个指令的时刻进行A/D转换处理，同时测量焊接电流。此外，用焊接电压检测线10来测量电极头间的视在电压，这里，该电极头间视在电压包含由焊接电流产生的磁场引起的感应电压和由焊接电压检测线10的互感和自感产生的感应电压。作为消除这些感应电压任何影响的装置，由借助环形线圈9产生的信号，在下面接着进行A/D转换处理的焊接电压测量电路2中将包含在电极头间视在电压中的感应电压消除，并由该测量电路进行电极头间的电压测量。由动态电阻瞬时值计算电路3计算所测得的焊接电流和电极头间的电压，由它们计算出电极头间的电阻瞬时值，也就是电极头间动态电阻瞬时值。这个数值在电流变化期间内，也就是一个半周内，一个接一个地被存储在第一存储电路4中，接着在该半周内由动态电阻瞬时值变化速度计算电路5计算出任一时刻的动态电阻瞬时值的变化速度。尽管在本实施例中把当焊接电流为最大值的时刻计算出来的动态电阻瞬时值的变化速度作为动态电阻瞬时值的变化速度，但计算动态电阻瞬时值变化的时刻只能是在焊点处温度变化为最大值的时刻附近。所计算出来的动态电阻瞬时值的变化速度存储在第二个存储电路6中。进而，当下一个电流变化期间(下一个半周)已经开始时，采用与前面相同的处理流程计算出动态电阻瞬时值的变化速度，并存储到第二存储电路6中。这样，随着焊接的进行，第二存储电路6具有一系列随焊接的进行存储的动态电阻瞬时值的变化速度，从而由动态电阻瞬时值变化速度值的变化通过质量判断运算处理电路7可以计算出焊点处的温度增加过程。图3给出了一个在本实施例中随着焊接的进行，动态电阻瞬时值变化速度的数值变化、用质量判断运算处理电路7判断熔融区生成时间的判断定时、和随着焊接的实际截止所测得的熔核生成时间的一个例子。对于这种情况下的判断运算，将动态电阻瞬时值变化速度的数值为最大值的时刻作为熔融区(熔核)生成的时刻，这里，从图3中也可以看出，它可达到很高精度的判断。此外，尽管在本实施例中已经判定了熔核生成时间，也可以用动态电阻瞬时值变化速度的绝对值以及其经过时间确定熔核的大小，因为，动态电阻瞬时值的变化速度是以如图2所示的被焊接的金属材料的电阻率值对温度的依赖关系为基础的，而且，它显然也与熔融区的体积变化状态直接相关。进而，当待焊接金属材料在开始焊接之前，其电阻率值对温度的依赖关系较小时，如铝等材料，也能够利用电阻值变化速度的绝对值突变的时刻，利用熔融时会发生突变的电阻率值的变化这一特点来判断熔核生成的时刻。此外，当在焊接过程中发生“飞溅”时，熔融区的体积会大大减小，同样动态电阻瞬时值的变化速度也会大大改变，从而它也可以用作一个检测“飞溅”的手段。

如上所述，根据本发明中用于测定电阻焊质量的方法和设备，可以利用基于物理现象的可探测到的数字数值来测定焊接过程中熔核生成的状态。从而，可以产生优异的性能效果，诸如对焊接材料的广泛的应用范围，可以精确地了解焊点的熔核生成状态，可以计算所生成的熔核大小，以及可以可靠地监控何时会发生“飞溅”。

上面对本发明进行了描述，显然能够以许多方式对其加以改变。这些变形并不被认为脱离本发明的主旨和范围，所有熟悉该领域的技术人员试图所做的所有这些改变都包括在下述权利要求的范围之内。

Claims (2)

1．一种用于测定电阻焊质量的方法，包括以下步骤：

在焊接电流的瞬时值变化的电流变化期间，检测焊接电流和电极头之间电压的瞬时值；

由检测出的两个数值计算电极头之间视在动态电阻的瞬时值；

在电流变化期间的一个任意时刻计算电极头间动态电阻的动态电阻瞬时值的变化速度；以及

利用根据电流变化期间许多次的情况计算出来的动态电阻瞬时值的变化速度的变化特性来测定焊接的质量。

2．一种用于测定电阻焊质量的设备，包括：

用于检测焊接电流的焊接电流测量装置；

用于检测电极头间电压的电极头间电压检测装置；

用于由测量装置和检测装置的检测值计算电极头间视在动态电阻的电极头间动态电阻的计算装置；

动态电阻瞬时值变化速度计算装置，该装置用于计算在焊接过程中焊接电流瞬时值发生变化的电流变化期间内电极头间动态电阻的动态电阻瞬时值的变化速度；

用于一个接一个地存储电极头间动态电阻和动态电阻瞬时值变化速度的存储装置；以及

通过采用所存储的动态电阻瞬时值的变化速度进行判断焊接质量的算术运算处理的运算器。

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