CS209713B1 - Method of and circuitry for controlling welding time in resistance spot welding process - Google Patents

Description

SOCIALISTICKÁ I POPIS VYNÁLEZU

K AUTORSKÉMU OSVEDČENIU 209713 (11) (Bl)

/22/ Přihlášené 10 12 79/21/ /PV 8561-79/ (51) lnt. Cl.3B 23 K 11/10 (40) Zverejnené 3 1 03 81

ÚŘAD PRO VYNÁLEZYA OBJEVY (45) Vydané 1 5 07 8 2 (75)

Autor vynálezu DZURÁNYI EDUARD ing., JANOTA MARTIN ing. CSc. a KUBÁŇ JOZEF ing.,

BRATISLAVA (54) Spósob riadenia zváracieho času pri bodovom odporovom zváranía zapojenie na vykonáváme spósobu 1

Vynález sa týká spósobu riadenia zváracie-ho času pri bodovom odporovom zváraní a za-pojenie na vykonávanie sposobu.

Pri priemyselnom používaní bodového odpo-rového zvárania je často potřebné dosiahnutrovnoměrná vysoká kvalitu bodových zvarovaj za podmienok, že vstupné faktory, ktoréovplyvňujá zvárací proces a kvalituzhotovených spojov, ako sá například napá-tie elektrickej siete, čistota povrchu atvar zváraných dielcov, stav a opotrebovaniezváracích elektrod, tlak vzduchu v pneuma-tickom rozvode atď., sa od zvaru k zvarumenia a kolíšu. Táto úloha je tým dóležitej-šia, čím náročnější výrobok sa vyrába a čímvyššie bude namáhanie jednotlivých zvarovv jeho prevádzke.

NajrozšírenejŠí súČasný spósob riadeniabodového zváracieho procesu sa uspokojujes tým, že sa snaží udržiavat hlavně veli-činy, ktoré riadia zvárací proces, to jezvárací prád, doba jeho pretekania, čížezvárací čas a zváraciu přítlačná silu, nakonštantnej hodnotě. Takáto prax nevyhovujepre potlačenie váČšiny vonkajších rušivýchvplyvov. Dosledkom potom je, že vyrobenézvárové body nemajá vždy rovnoměrné a vy-hovujáce vlastnosti. Takýto stav vedie knedovere konštruktérov, k zbytočnému a ná-kladnému predimenzovávaníu počtu zvarovýchbodov na niekolkonásobok počtu skutoČnepotřebného vzhladom k namáhaniu výrobkuv prevádzke.

Je známe, že odstránenie značnej Časti uvedených nevýhod je možné riadením doby pře- chodu zváracieho prúdu, to je zváracieho Ča- su, na základe signálov odvodených z vlastné- 2 ho zváracieho procesu. Je známy sposob, kto-rý přerušuje zvárací prád v okamihu, keďtepelná expanzia zvaru dosiahla maximum,alebo poblíž něho. Tak sa zaručí, že rozmě-ry zvarovej tavnej šošovky su blízké optimu, .dosiahnuteInému za daných materiálovýchgeometrických a energetických podmienok. Ne-výhodou tohoto spósobu však je, že meria me-chanická veličinu - velkost tepelnej expan-zie. Vyžaduje to vhodný snímač - převodník,ktorý je jednak nákladný, jédnak jghoumiestnenie na zváracom stroji robí technic-ké aj prevádzkové tažkosti. Tento spósobje ďalej nevhodný pre stroje málo tuhé, opo-třebené alebo v horšom stave, s mechanickýmivólami. Je ďalej nevhodný pre závěsné klieš-tové zvaračky. Sá ďalej známe spósoby riadenia zváraciehoČasu na základe odporu raedzi elektrodami po-čas zvárania, ktoré merajá len elektrickéveličiny a tak odstraftuju nutnost vybavitzariadenie snímačom - prevodníkom. Jeden ztýchto spósobov spočívá v tom, že sa zapa-mátáva maximálna hodnota priebehu odporu,ktorá udává nastatie charakter i s ti cke.j eta-py vo vývine zvarového spoja, odpovedajúcejzhruba zaČiatku tavenia zvarovej šošovky. K tejto maximálnej hodnotě sa vypočítáurčité percento, ktoré leží v rozmedzíod 5 do asi 45 % a zvárací prád sa vypínávtedy, keď odpor za maximom poklesol o vo-pred nastavená hodnotu v uvedenom rozmedzí5 až 45 % maximálnej hodnoty. Nevýhodou to-hoto spósobu je, že v dósledku merania abso- lútnych hodnot odporu je potřebné percento, ktoré třeba nastavit rožne pre rožne techno- logické případy. Keď teda zváraný diel obsa- 209713 209713 huje rožne kombinácie materiálov, hrúbok apočtov vrstiev plechu, třeba zariadenie vždyznova přestavovat.

Iný známy sposob ríadenía zváracíeho časuna základe odporu medzi elektrodami meriačas t max, kedy nastalo maximum odporu Rmaxa přerušuje zvárací prúd v čase t vypočítanompodlá rovnice: t - A + B.tmax

Nevýhodou tohoto spósobu je rovnako ako v pre-došlom případe, že podlá povahy konkrétnéhotechnologického případu sa koeficienty A a Bmenia, zariadenie teda vyžaduje prestaveniev případe akejkolvek změny. Ďalšia nevýhodaje, že zariadenie nereaguje na výsúreky us-taveného kovu, sposobené prehríatim alebo po-klesom tlaku a nepřeruší zvárací prúd privýstreku.

Uvedené ne”ýhody sa vynálezom do značnejmiery odstránia. podstata sposobu riadeniazvaracieho času p*ři bodovom odporovom zva-raní spočívá v tom, že sa meria odpor R me-dzi zváracími elektrodami od času tmax, kedyodpor dosiahol svojho lokálneho maxima R maxv čase t, ked integrál t J*/Rinax - R/ dttmax dosiahol vopred zvolenú a nastavenu hodnotu,zvárací prúd sa vypíná.

Sposob riadenia zváracíeho času pri bo-dovom odporovom zváraní podlá vynálezu umož-ňuje zapojenie podlá vynálezu, ktoré má zdrojpríebehu odporu medzi elektrodami připojenýna přepínač, ktorého prvý výstup je připoje-ný na vstup památe maximálnej hodnoty odpo-ru. Výstup památe je připojený na vstuppre počiatočnú podmienku integrátora asúčasne na vstup obvodu porovnávaciehonapátia, s nastavovacím vstupom. Přitom ob-vod porovnávacieho napátia má výstup při-pojený na porovnávací vstup komparátora. Ďalej zdroj priebehu odporu medzi elektroda-mi je připojený súčasne na detektor maximaodporu, ktorého výstup je připojený na ovlá-dací vstup prepínača a nulovací vstup inte-grátora. Přitom druhý výstup prepínača jepřivedený na signálový vstup integrátora,ktorého výstup je přivedený na signálovývstup konřparátora, ktorý je svojím výstupompřipojený na zvárací proces,

Ako bolo zistené, integrál t ^f/Rmax - R/ dttmax je poměrně dobrou invariantou bodového odporového zváracíeho procesu, to je takouveličinou, ktorá se nemení a zostáva konštant-ná u fyzikálně podobných procesov, aj ked samenia ich vstupné veličiny a je tak krité-riom podobnosti procesov. Využitie takéhotokritéria podobnosti k riadeniu zváracíeho ča-su prináša značné výhody, menovite v tom,že zapojenie je v Širokom rozsahu saraonastavitelné. V konkrétním případe to znamená,že sposob podlá vynálezu má následujúce pria-znivé vlastnosti.

Pri jednom a tom istom nastavení integrá-lu odporu je možné zvárat plechy roznej hrub-ky, pričom sa neprejavuje nadměrná citlivostk vybraným hrúbkám, Ďalej je možné zvárat rožne kombináciehrúbok a meníace sa počty vrstiev zváranýchplechov.

Riadenie prispósobí zvárací čas tak, že možno zvárat aj plechy a výlisky lokálně špatné navzájom dosadajúce. V istom prakticky využitelnom rozmedzísa vyrovnává aj nepriaznivý efekt šuntovaniazváracíeho prúdu, například susedným zva-rom a zraien priemeru dosadacich ploch elek-trod, najma v dósled<u opotrebenia.

Je možné automaticky kompenzovat vplyvznečistenia povrchu zváraných plechov,

Sposob možno bez změny nastavenia vy-užit aj na zváranie povrchové upravených,například pozinkovaných plechov. Navýšev tomto případe bolo zistené zvýšeníe počtuzvarov zvarených bez potřeby opracovatelektrody o 25 %.

Pretože pri výstreku zo zvaru odpor med-zi elektrodami skokové klesá, integrál od-poru rýchlo narastá a riadenie prerušítakýto proces skór. Tým sa znížuje rozsahvýstrekov, ktoré sú v prevádzke vo všeobec-nosti nežiadúce. To je zvlášt výhodné prizváraní úzkých lemov a v blízkosti okrajaplechu, kde riziko výstreku silné narastá. Příklad prevedenia vynálezu je znázorně-ný na připojených výkresoch, kde obr.1zobrazuje typický priebeh odporu zvarus rozdělením na pásma súvisiace s róznymištádiami vývoja zvaru, obr. 2 představujepriebeh odporu zvaru pri výstreku, obr. 3 vysvětluje pojmy integrálu doplňkovejplochy a integrálu odporu, obr. 4 předsta-vuje alternativu nekonštantného programové-ho priebehu prúdu, obr. 5 představuje alter-nativu regulovaného priebehu prúdu a obr. 6představuje zapojenie zariadenia podlávynálezu.

Typický priebeh odporu zvaru R. pri zvá-raní nízkouhlíkatých ocelových plechov jeuvedený v příklade prevedenia vynálezu.

Odpor R je výslednicou přechodových odporovRp, ktoré počas přechodu zváracíeho prúduv čase t zanikajú a materiálového odporuRm. Na casovej závislosti odporu R možnorozlišit tri oblasti charakteristické prevznik odporového bodového zvaru.

Prvá oblast je pásmo zániku přechodovýchodporov, trvajúce od zaČiatku přechoduzváracíeho prúdu až do času tmin, kde jelokálně minimum odporu Rmin na krivke odpo-ru R. V tomto časovom intervale, ktorý jepoměrně krátký, v typickom případe zváraniatenkých plechov hrůbky okolo 1 mra trvá asi0,04 s, zanikajú prechodovo odpory na vzájom-ne sa stýkajúcich povrchoch zváracíchelektrod a zváraneho materiálu a nastávaakási Štandardizácia odporových podmienok.

Druhá oblast je pásmo ohřevu, ktorá le-ží v invervale medzi časom t min a t max,keď nastane lokálně minimum odporu R maxna krivke odporu R. V tomto čase sa zváranémateriály dalej zohrievajú až po vytvorenieprvej oblasti, kde sa zváraný materiál začínatavit a tak sa iniciuje zvarový spoj.

Tretia oblast je pásmo rastu zvarovejšošovky, ktoré leží v intervale medzičasom t max a ukončením přechodu prúdu v čase t_z nazývaným zváracím časom. V tomto intervale narastá zvarový spoj odprvých známok tavenia až po plné rozměrytavnej šošovky. Bolo zistené, že tietorozměry, ktoré v prevážnej miere určujú kva-litu zvarového spoja na dobré zvaritelnommateriáli, sú určené okrem iného najma ener-giou, ktorá sa dodala do spoja v pasme ra-stu zvarovej šošovky, t. j. od iniciácietavenia až po ukončenia procesu. Pretožev tejto oblasti sa váčšinou zvára s kon-štantnou hodnotou nastavenia zváracíehoprúdu táto energia je daná vztahom: tz AIII - /Rl2dttmax a závisí v prevážnej miere od integrálu

Claims (2)

209713 tz J Rdttmax Tento integrál je možné použít ako mieru na-rastanie zvarovej šošovky a tedy na ria-denie zváracíeho procesu. Je známe, že v niektorých prípadoch v pra-xi zvárania,· například pri výrobě karosériívelmi častých, dochádza v dosledku energe-tického prehustenia a aj z iných příčink takzvaným výstrekom nataveného kovu zozvaru. Tieto sú vo všeobecnosti nežiadúce,pretože ochudobňuju zvarovú šošovku o nata-vený kov, spósobuju hlboké povrchové sto-py, 2nižujú kvalitu spoja, rozstrek natave-ného kovu obtažuje obsluhu a znečisťuje zvá-raný materiál, stroj aj okolie. V případe,že výstrek začal, alebo tesne predtým, tře-ba zvárací proces ukončit, lebo jeho ďalšiepokračovanie nemá už praktický význam. Ďalej je známe, že na priebehu odporuzvaru sa takýto výstrek prejaví náhlýmpoklesom. Pokial by sa ovšem pre riadeniepoužívala hodnota integrálu t z J Rdttmax v bežnom zmysle, to znamená zváraníe by po-kračovalo, kým tento integrálnenarastie navopred určenu hodnotu, nastatie výstrekuby neviedlo k prerušeniu zvárania ani kuskráteniu zváracíeho času, ale priamo kopačňému efektu. Preto je výhodné utvořitintegrál t z J* /Rmax - R/dttmax ktorý představuje doplňková plochu a jetedy rovnako mierou energie dodanej dozvaru v čase od t max až do ukončenia pro-cesu. Navýše má velmi výhodná vlastnost,že v případe výstreku sa rýchlo zváčšuje,čo spósobí prerušenie procesu, alebo skrá-tenie zváracíeho času. Ďalej bolo zistené, že pri zváraní ple-chov roznej hrábky alebo rozneho počtuvrstiev, alebo vo vzájomnych kombináciachpri inak porovnatelných technologických pod-mienok a zváracom čase takom, že vznikalidobré zvary, hodnoty integrálu t z J* /Rmax - R/dttmax zostávali konstantně. Tieto výhodné vlastnos-ti uvedeného integrálu využívá spósob podlávynálezu. Podlá tohto spósobu sa meria odporzvaru R počas zvárania. V okamihu t maxked odpor R dosiahne hodnotu R max, tátohodnota sa zapamátá a s jej pomocou sa z okam-žitej hodnoty R tvoří uvedený integrál, kto-rého hodnota sa porovnává s vopred vyskáša-nou a nastavenou hodnotou. Keď hodnota inte- P R E D Μ E T

1. Spósob riadenia zváracíeho času pribodovom odporovom zváraní, vyznačujáci satým, že sa meria odpor R medzi zváracímielektrodami od času tmax, kedy odpor do-siahol svojho lokálneho maxima R max a včase t, kecř integrál t J* /Rmax - R/dttmax grálu narastie na táto vopred nastavená hod-notu, zvárací prúd sa přeruší a proces saukončí. Tento spósob je možné použit aj v alter-nativě, keď zvárací prúd £ se nenastavujena konštantnú hodnotu, ale sa mění podlávopred zadaného programu. To v praxiznamená najma jeho svahovité narastanie nazačiatku zváracíeho procesu, v prevážnejvačšine prípadov v prvom a druhom pasmecharakteristického priebehu odporu zvaruR. Je možné použit aj dalšiu alternativuspósobu podlá vynálezu, keď na začiatku zvá-racíeho procesu sa prád I_ reguluje z počia-točnej hodnoty Ipoč na požadovaná hodnotu 1 pož , například na základe informáciízískaných z výstupu procesu a využitých vspátnej vazbě. Opat je vo všeobecnostivýhodné, ak tento regulačný pochod prebiehav prvom a druhom pásme, to znamená, ženajneskór od času t max, kde začíná tretiepásmo, sa zdržiava nastaveníe zváracíehoprádu I_ na konštantnej hodnotě. Zariadenie podlá vynálezu má zdroj 1priebehu odporu medzi elektrodami připoje-ný na přepínač 2, ktorého prvý výstup17 je připojený na vstup památe 2 maxi-málnej hodnoty odporu. Výstup památe 3 jepřipojený na vstup 11 pre počiatočná podmien-ku integrátora 6_ a súČasne na vstup 12obvodu £ porovnávacieho napátia s nastavo-vacím vstupom 13, pričom obvod 4_ porovnáva-cieho napátia má výstup připojený na porovná-vací vstup 14 komparátora 2· Ďalej je zdroj' J_ priebehu odporu medzi elektrodami připo-jený súčasne na detektor 5_ maxima odporu,ktorého výstup je připojený na ovládacívstup jS a nulovací vstup 9 integrátora. Přitom druhý výstup 18 prepínača 2 jepřivedený na signálový vstup 10 integrá-tora 6_, ktorého výstup je přivedený nasignálový vstup 15 komparátora 7_t ktorý jesvojím výstupom připojený na zvárací proces16. Zariadením podlá vynálezu sa zo zvára-cieho procesu 16. snímá priebeh odporuzvaru, ktorý sa dostává na výstupe zdroja priebehu odporu medzi elektrodami. Priebeh odporu zvaru je privádzaný na de-tektor 2 maxima odporu, ktorý pri maximěpřepne přepínač 2_ a sáčasne přestane nulo-vat integrátor Přepínač 2_ do okamihu na-statia maxima odporu prívádza priebehodporu zvaru na památ 3_ maximálnej hodnotyodporu. Přepnutím prepínača 2_ sa uchováv pamati 2 maximálnej hodnoty odporu ma-ximum odporu a sáčasne sa prívádza priebehodporu zvaru do integrátora 6, Výstup pa-máte _3 maximálnej hodnoty odporu je privádza-ný na vstup 1 1 pre počiatočná podmienkuintegrátora £, čím je zabezpečené integro-vanie od maximálnej hodnoty odporu. Výstupintegrátora 6^ je porovnávaný, v komparátore 2 s úrovňou , ktorá je vytvořená obvodom2 porovnávacieho napátia, vztahovanou kmaximálnej hodnotě odporu. Výstup kompa-rátora 2 ovládá zvárací proces 16 tedyvypíná zvárací prúd. VYNÁLEZU dosiahol vopred zvolená a nastavená hodno-tu, zvárací prúd sa vypíná.

2. Zapojenie na vykonávanie spósobu podlábodu 1, vyznačujáce sa tým, že zdroj /1/priebehu odporu medzi elektrodami je připo-jený na přepínač , ktorého prvý výstup/177 je připojený na vstup památe /3/ ma-ximálnej hodnoty odporu, výstup ktorej jepřipojený na vstup /11/ pre počiatočná pod-mienku integrátora /6/ a sáčasne na vstup 209713 /12/ obvodu /4/ porovnávacíeho napátia,s nastavovacím vstupom /1.3/, pričom obvod/4/ porovnávacíeho napátia má výstup při-pojený na porovnávací vstup /14/ komparato-ra /7/a ďalej zdroj /1/ priebehu odporur.edzi elektrodami je připojený súčasnena detektor /5/ maxima odporu, ktorého vý-stup je připojený na ovládací vstup /8/ prepínača /2/a nulovací vstup /9/inte-grátora /6/ pričom druhý výstup /18/ pre-pínača /2/ je přivedený na signálový vstup/10/ integrátora /6/, ktorého výstup je privedený na signálový vstup /15/ komparátora/7/, ktorý je svojím výstupora připojený nazvárací proces /16/. 6 výkresů Severografia. n. p.. závod 7. Most