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

Description

(54) Sposob riadenia zváracieho času pri bodovom odporovom zváraní a zapojenie na vykonáváme spósobu

Vynález sa týká spósobu riadenia zváracieho času pri bodovom odporovom zváraní a zapojenie na vykonávanie spósobu.

Pri priemyselnom používaní bodového odporového zvárania je často potřebné dosiahnut rovnoměrná vysoká kvalitu bodových zvarov aj za podmienok, že vstupné faktory, ktoré ovplyvňujá zváraci proces a kvalitu zhotovených spojov, ako sá například napátie elektrickej siete, čistota povrchu a tvar zváraných dielcov, stav a opotrebovánie zváracích elektrod, tlak vzduchu v pneumatickom rozvode atd'., sa od zvaru k zvaru menia a kolíšu. Táto úloha je tým dóležitejšia, čím náročnější výrobok sa vyrába a čím vyššíe bude namáhanie jednotlivých zvarov v jeho prevádzke.

NajrozšírenejŠí sáčasný sposob riadenia bodového zváracieho procesu sa uspokojuje s tým, že sa snaží udržiavat hlavně veličiny, ktoré riadia zváraci proces, to je zváraci prúd, doba jeho pretekania, číže zváraci čas a zváraciu přítlačná silu, na konštantnej hodnotě. Takáto prax nevyhovuje pre potlačenie váčšiny vonkajších rušivých vplyvov. Dósledkom potom je, že vyrobené zvárové body nemajú vždy rovnoměrné a vyhovujúce vlastnosti. Takýto stav vedie k nedóvere konštruktérov, k zbytečnému a nákladnému predimenzovávaniu počtu zvarových bodov na niekolkonásobok počtu skutočne potřebného vzhladom k namáhaniu výrobku v prevádzke.

Je známe, že odstránenie značnej Časti uvedených nevýhod je možné riadením doby přechodu zváracieho prádu, to je zváracieho času, na základe signálov odvodených z vlastné ho zváracieho procesu. Je známy sposob, ktorý přerušuje zváraci prád v okamihu, keď tepelná expanzia zvaru dosiahla maximum, alebo poblíž něho. Tak sa zaručí, že rozměry zvarovej tavnej šošovky sú blízké optimu, . dosiahnuteInému za daných materiálových geometrických a energetických podmienok. Nevýhodou tohoto spósobu však je, že meria mechanická veličinu - velkost tepelnej expanzie. Vyžaduje to vhodný snímač - převodník, ktorý je jednak nákladný, jédnak j.$ho umiestnenie na zváracom stroji robí technické aj prevádzkové tažkosti. Tento sposob je ďalej nevhodný pre stroje málo tuhé, opotřebené alebo v horšom stave, s mechanickými vólamí. Je ďalej nevhodný pre závěsné klieštové zváračky.

Sá ďalej známe spósoby riadenia zváracieho času na základe odporu medzi elektrodami počas zvárania, ktoré merajá len elektrické veličiny a tak odstraňujá nutnost vybavit zariadenie snímaČom - prevodníkom. Jeden z týchto spósobov spočívá v tom, že sa za památáva maximálna hodnota priebehu odporu, ktorá udává nastatie charakterističkej etapy vo vývine zvarového spoja, odpovedajácej zhruba začiatku tavenia zvarovej šošovky. К tejto maximálnej hodnotě sa vypočítá určité percento, ktoré leží v rozmedzí od 5 do asi 45 % a zváraci prád sa vypíná vtedy, keď odpor za maximom poklesol o vopred nastavená hodnotu v uvedenom rozmedzí 5 až 45 % maximálnej hodnoty. Nevýhodou tohoto spósobu je, že v dósledku merania absolutných hodnot odporu je potřebné percento, ktoré třeba nastavit rožne pre rožne technologické případy. Keď teda zváraný diel obsa209713 huje rožne kombinácie materiálov, hrúbok a počtov vrstiev plechu, třeba zariadenie vždy znova přestavovat.

Iný známy spósob riadenia zváracíeho času na základe odporu medzi elektrodami meria čas t max, kedy nastalo maximum odporu Rmax a přerušuje zvárací prúd v čase t vypočitanom podla rovnice:

t = A + В.tmax

Nevýhodou tohoto sposobu je rovnako ako v predošlom případe, že podla povahy konkrétného technologického případu sa koeficienty А а В menia, zariadenie teda vyžaduje prestavenie v případe akejkolvek změny. Ďalšia nevýhoda je, že zariadenie nereaguje na výstreky nataveného kovu, sposobené prehriatim alebo poklesom tlaku a nepřeruší zvárací prúd pri výstreku.

Uvedené ne”ýhody sa vynálezom do značnej miery odstránia. fodstata sposobu riadenia zvaracieho času p'ři bodovom odporovom zváraní spočívá v tom, že sa meria odpor R medzi zváracími elektrodami od času tmax, kedy odpor dosiahol svojho lokálneho maxima R max v čase t, kecf integrál t f/Rniax - R/ dt tmax dosiahol vopred zvolenú a nastavená hodnotu, zvárací prúd sa vypíná.

Sposob riadenia zváracíeho času pri bodovom odporovom zváraní podla vynálezu umožňuje zapojenie podla vynálezu, ktoré má zdroj priebehu odporu medzi elektrodami připojený na přepínač, ktorého prvý výstup je připojený na vstup památe maximálnej hodnoty odporu. Výstup památe je připojený na vstup pre počiatočnú podmienku integrátora a súčasne na vstup obvodu porovnávacieho napátia, s nastavovacím vstupom. Přitom obvod porovnávacieho napátia má výstup připojený na porovnávací vstup komparátora. Ďalej zdroj priebehu odporu medzi elektrodami je připojený súčasne na detektor maxima odporu, ktorého výstup je připojený na ovládací vstup prepínača a nulovací vstup integrátora. Přitom druhý výstup prepínača je přivedený na signálový vstup integrátora, ktorého výstup je přivedený na signálový vstup koiffparátora, ktorý je svojím výstupom připojený na zvárací proces.

Ako bolo zistené, integrál t

JVRmax - R/ dt tmax je poměrně dobrou invariantou bodového odporového zváracíeho procesu, to je takou veličinou, ktorá se nemení a zostáva konštantná u fyzikálně podobných procesov, aj ked sa menia ich vstupné veličiny a je tak kritériom podobnosti procesov. Využitie takéhoto kritéria podobnosti к riadeniu zváracíeho času prináša značné výhody, menovite v tom, že zapojenie je v širokom rozsahu samonastavitelné. V konkrétním případe to znamená, že sposob podla vynálezu má následujúce priaznivé vlastnosti.

Pri jednom a tom istom nastavení integrálu odporu je možné zvárat plechy roznej hrubky, príčom sa neprejavuje nadměrná citlivost к vybraným hrúbkám.

Ďalej je možné zvárat rožne kombinácie hrúbok a meniace sa počty vrstiev zváraných ρ1e chov.

Riadenie prispósobí zvárací čas tak, že možno zvárat aj plechy a výlisky lokálně špatné navzájom dosadajúce.

V istom prakticky využitelnom rozmedzí sa vyrovnává aj nepriaznivý efekt šuntovania zváracíeho prúdu, například susedným zvarom a zmien priemeru dosadacich ploch elektrod, najma v dosled<u opotrebenia.

Je možné automaticky kompenzovat vplyv znečístenia povrchu zváraných plechov.

Sposob možno bez změny nastavenia využit aj na zváranie povrchové upravených, například pozinkovaných plechov. Navýše v tomto případe bolo zistené zvýšenie počtu zvarov zvarených bez potřeby opracovat elektrody o 25 %.

Pretože pri výstreku zo zvaru odpor medzi elektrodami skokové klesá, integrál odporu rýchlo narastá a riadenie preruší takýto proces skór. Tým sa znižuje rozsah výstrekov, ktoré sú v prevádzke vo všeobecnosti nežiadúce. To je zvlášt výhodné pri zváraní úzkých lemov a v blízkosti okraja plechu, kde riziko výstreku silné narastá.

Příklad prevedenia vynálezu je znázorněný na připojených výkresoch, kde obr.1 zobrazuje typický priebeh odporu zvaru s rozdělením na pásma súvisiace s roznymi štádiami vývoja zvaru, obr. 2 představuje priebeh odporu zvaru pri výstreku, obr. 3 vysvětluje pojmy integrálu doplňkovej plochy a integrálu odporu, obr. 4 představuje alternativu nekonštantného programového priebehu prúdu, obr. 5 představuje alternativu regulovaného priebehu prúdu a obr. 6 představuje zapojenie zariadenia podla vynálezu.

Typický priebeh odporu zvaru R při zváraní nízkouhlíkatých ocelových plechov je uvedený v příklade prevedenia vynálezu. Odpor R je výalednicou přechodových odporov Rp, ktoré počas přechodu zváracíeho prúdu v čase t zanikajú a materiálového odporu Rm. Na c^asovej závislosti odporu R možno rozlišit tri oblasti charakteristické pre vznik odporového bodového zvaru.

Prvá oblast je pásmo zániku přechodových odporov, trvajúce od začiatku přechodu zváracíeho prúdu až do času tmin, kde je lokálně minimum odporu Rmin na krivke odporu R. V tomto časovom intervale, ktorý je poměrně krátký, v typickom případe zvárania tenkých plechov hrůbky okolo 1 mm trvá asi 0,04 s, zanikajú prechodovo odpory na vzájomne sa stýkajúcich povrchoch zváracích elektrod a zváraneho materiálu a nastáva akási Štandardizácia odporových podmienok.

Druhá oblast je pásmo ohřevu, ktorá leží v invervale medzi časom t min a t max, keď nastane lokálně minimum odporu R max na krivke odporu R. V tomto čase sa zvárané materiály dalej zohrievajú aŽ po vytvorenie prvej oblasti, kde sa zváraný materiál začína tavit a tak sa iniciuje zvarový spoj.

Tretia oblast je pásmo rastu zvarovej šošovky, ktoré leží v intervale medzi časom t max a ukončením přechodu prúdu v čase t_z nazývaným zváracím časom.

V tomto intervale narastá zvarový spoj od prvých známok tavenia až po plné rozměry tavnej šošovky. Bolo zistené, že tieto rozměry, ktoré v prevážnej miere určujú kvalitu zvarového spoja na dobré zvaritelnom materiáli, sú určené okrem iného najma energiou, ktorá sa dodala do spoja v pásme rastu zvarovej šošovky, t. j. od iniciácie tavenia až po ukončenia procesu. Pretože v tejto oblasti sa váčšinou zvára s konštantnou hodnotou nastavenia zváracíeho prúdu £, táto energia je daná vztahom:

t z ^AIII - Α^ι2<1ϊ tmax a závisí v prevážnej miere od integrálu t z

J tmax

Rdt

Tento integrál je možné použil ako raieru narastanie zvarovej šošovky a tedy na riadenie zváracieho procesu.

Je známe, že v niektorých prípadoch v praxi zvárania ,· napr í klad pri výrobě karosérií velmi častých, dochádza v dosledku energetického prehustenia a aj z iných příčin к takzvaným výstrekom nataveného kovu zo zvaru. Tieto sú vo všeobecnosti nežiadúce, pretože ochudobňujú zvarovú šošovku o natavený kov, sposobujú hlboké povrchové stopy, znížujú kvalitu spoja, rozstrek nataveného kovu oblažuje obsluhu a znečisťuje zváraný materiál, stroj aj okolie. V případe, že výstrek začal, alebo tesne predtým, třeba zvárací proces ukončil, lebo jeho ďalšie pokračovanie nemá už praktický význam.

Ďalej je známe, že na priebehu odporu zvaru sa takýto výstrek prejaví náhlým poklesom. Pokial by sa ovšem pre riadenie používala hodnota integrálu tz J Rdt tmax v bežnom zmysle, to znamená zváranie by pokračovalo, kým tento integrálnenarastie na vopred určenu hodnotu, nastatie výstreku by neviedlo к prerušeniu zvárania ani ku skráteniu zváracieho času, ale priamo к opačAému efektu. Preto je výhodné utvoriť integrál t z

J /Rmax - R/dt tmax ktorý představuje doplňková plochu a je tedy rovnako mierou energie dodanej do zvaru v čase od t max až do ukončenia procesu. Navýše má velmi výhodná vlastnost, že v případe výstreku sa rýchlo zváčšuje, čo sposobí prerušenie procesu, alebo skrátenie zváracieho času.

Ďalej bolo zistené, že pri zváraní plechov roznej hrábky alebo rozneho počtu vrstiev, alebo vo vzájomnych kombináciach pri inak porovnatelných technologických podmienok a zváracom čase takom, že vznikali dobré zvary, hodnoty integrálu t z

J /Rmax - R/dt tmax zostávali konstantně. Tieto výhodné vlastnosti uvedeného integrálu využívá sposob podlá vynálezu. Podlá tohto sposobu sa meria odpor zvaru R počas zvárania. V okamihu t max ked odpor JR dosiahne hodnotu R max, táto hodnota sa zapamátá a s jej pomocou sa z okamžitej hodnoty R tvoří uvedený integrál, ktorého hodnota sa porovnává s vopred vyskúšanou a nastavenou hodnotou. Ked' hodnota inte grálu narastie na táto vopred nastavená hodnotu, zvárací prúd sa přeruší a proces sa ukončí,

Tento sposob je možné použil aj v alternativě, ked zvárací prád 2 se nenastavuje na konštantnú hodnotu, ale sa mění podlá vopred zadaného programu. To v praxi znamená najma jeho svahovité narastanie na začiatku zváracieho procesu, v prevážnej váčšine prípadov v prvom a druhom pásme charakteristického priebehu odporu zvaru R.

Je možné použil aj dalšiu alternativu sposobu podlá vynálezu, keď na začiatku zváracieho procesu sa prád I_ reguluje z počiatočnej hodnoty Ipoč na požadovaná hodnotu I pož, například na základe informácií získaných z výstupu procesu a využitých v spátnej vazbě. Opat je vo všeobecnosti výhodné, ak tento regulačný pochod prebieha v prvom a druhom pásme, to znamená, že najneskór od času t max, kde začíná tretie pásmo, sa zdržiava nastavenie zváracieho prádu I_ na konštantnej hodnotě.

Zariadenie podlá vynálezu má zdroj 1 priebehu odporu medzi elektrodami připojený na přepínač 2^, ktorého prvý výstup 1 7 je připojený na vstup památe 2 maximálnej hodnoty odporu. Výstup pamate 3 je připojený na vstup 11 pre počiatočnú podmienku integrátora 6 a sáčasne na vstup 1 2 obvodu _4 porovnávac ieho napátia s nastavovacím vstupom 1 3, pričom obvod £ porovnávacieho napátia má výstup připojený na porovnávací vstup 14 komparátora 2· Ďalej je zdroj’ 1 priebehu odporu medzi elektrodami připojený sáčasne na detektor 5_ maxima odporu, ktorého výstup je připojený na ovládací vstup 2 ^a nulovací vstup 9 integrátora. Přitom druhý výstup 18 prepínača 2 je přivedený na signálový vstup 10 integrátora b_, ktorého výstup je přivedený na signálový vstup 1 5 komparátora 7_, ktorý je svojím výstupom připojený na zvárací proces 16 .

Zaríadením podlá vynálezu sa zo zváracieho procesu 16. snímá priebeh odporu zvaru, ktorý sa dostává na výstupe zdroja 1 priebehu odporu medzi elektrodami. Priebeh odporu zvaru je privádzaný na detektor 2 maxima odporu, ktorý pri maximě přepne přepínač 2 a sáčasne přestane nuloval! integrátor 2· Přepínač 2_ do okamihu nastatia maxima odporu privádza priebeh odporu zvaru na pamál 2 maximálnej hodnoty odporu. Přepnutím prepínača 2_ sa uchová v památi 2 maximálnej hodnoty odporu maximum odporu a sáčasne sa privádza priebeh odporu zvaru do integrátora 2· Výstup památe 2 maximálnej hodnoty odporu je privádzaný na vstup 11 pre počiatočná podmienku integrátora 2» Čím je zabezpečené integrovanie od maximálnej hodnoty odporu. Výstup integrátora 2 J^e porovnávaný, v komparátore 7 s árovňou , ktorá je vytvořená obvodom 4 porovnávacieho napátia, vztahovanou к maximálnej hodnotě odporu. Výstup komparátora 7 ovládá zvárací proces 16 tedy vypíná zvárací prúd.

Claims (2)

VYNÁLEZU

1. Sposob řiadenia zváracieho času pri bodovom odporovom zváraní, vyznačujáci sa tým, že sa meria odpor R medzi zváracimi elektrodami od času tmax, kedy odpor dosiahol svojho lokálneho maxima R max a v čase t, ked integrál t

J* /Rmax - R/dt tmax dosiahol vopred zvolená a nastavená hodnotu, zvárací prúd sa vypíná.

2. Zapojenie na vykonávanie sposobu podlá bodu 1, vyznačujúce sa tým, že zdroj /1/ priebehu odporu medzi elektrodami je připojený na přepínač /2/, ktorého prvý výstup /177 je připojený na vstup památe /3/ maximálnej hodnoty odporu, výstup ktorej je připojený na vstup /11/ pre počiatočnú podmienku integrátora /6/ a sáčasne na vstup /12/ obvodu /4/ porovnávacieho napátia, s nastavovacím vstupom /13/, pričom obvod /4/ porovnávacieho napátia má výstup připojený na porovnávací vstup /14/ komparátora /7/a ďalej zdroj /1/ priebehu odporu nredzi elektrodami je připojený súčasne na detektor /5/ maxima odporu, ktorého výstup je připojený na ovládací vstup /8/ prepínača /2/a nulovací vstup /9/integrátora /6/ pričom druhý výstup /18/ prepínača /2/ je přivedený na signálový vstup /10/ integrátora /6/, ktorého výstup je přivedený na signálový vstup /15/ komparátora /7/, ktorý je svojím výstupom připojený na zvárací proces /16/.