DD259162A1 - METHOD FOR DETECTING AND ELECTRICALLY IMPLEMENTING THE WEARING STATE OF CONTACT MODULES - Google Patents

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DD259162A1 DD29273086A DD29273086A DD259162A1 DD 259162 A1 DD259162 A1 DD 259162A1 DD 29273086 A DD29273086 A DD 29273086A DD 29273086 A DD29273086 A DD 29273086A DD 259162 A1 DD259162 A1 DD 259162A1
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Wilfried Faber
Dieter Lindenau
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Zentralinstitut Schweiss
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des Verschleisszustandes von Stromkontaktduesen fuer das Lichtbogenschweissen mit abschmelzendem Zusatzdraht. Ziel ist, durch Ueberwachung des Verschleisszustandes der Stromkontaktduesen die Effektivitaet und Qualitaet zu verbessern. Es sind Massnahmen vorzuschlagen, mit denen bei vergleichsweise kleinem Aufwand und Verzicht auf zusaetzliche Einrichtungen am Schweisskopf eine optimale Auslastung einer jeden Stromkontaktduese bei gleichzeitiger Sicherung der Schweissparameterstabilitaet gewaehrleistet wird. Kennzeichnend ist, dass das Spannungssignal der Tropfenuebergangsphase innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches einerseits dessen Mittelwert und andererseits der sich einstellende minimale und/oder maximale Spannungswert ermittelt werden, dass diese Werte miteinander verglichen werden und dass die Differenz der Werte als Mass des wirksamen Verschleisszustandes Schweissprozesssteuerungen zugefuehrt wird.The invention relates to a method for detecting and electrically implementing the state of wear of Stromkontaktduesen for arc welding with consumable filler wire. The aim is to improve the effectiveness and quality by monitoring the state of wear of the current contact dowels. There are measures to be proposed with which with comparatively little effort and waiver of additional facilities on the welding head optimal utilization of each Stromkontaktduese while ensuring the Schweißparameterstabilitaet is guaranteed. It is characteristic that the voltage signal of the droplet transfer phase within a predetermined time range on the one hand its average value and on the other hand the resulting minimum and / or maximum voltage value are determined that these values are compared and that the difference of the values as a measure of effective wear state welding process controls.

Description

Verschleißerscheinungen, aber auch durch Veränderungen in der Drahtzuführung in Form von Oberflächenstörungen, Drahtkrümmungsschwankungen, veränderten Drahtauslaufbedingungen, Schmutzeinwirkungen usw., wirken sich momentan auf die Tropfenübergangsspannung aus.Wear and tear, but also due to changes in the wire feed in the form of surface defects, wire curvature fluctuations, changed wire outlet conditions, dirt effects, etc., currently affect the drop transition voltage.

Da die Länge des freien Drahtendes und der Stromkontaktdüse in der gleichen Größenordnung liegen, reagiert die Tropfenübergangsspannung empfindlich auf mögliche Veränderungen des Stromüberganges. Unter der Annahme, daß sich allmähliche Verlagerungen der Stromkontaktstelle innerhalb der Stromkontaktdüse durch Veränderung der „sichtbaren" freien Drahtlänge über adaptive Steuerungen begrenzt kompensieren lassen, kommt den dynamischen Störungen, die sich dann negativ auf die Schweißprozeßstabilität auswirken, große Bedeutung zu. Zur Erfassung dieser dynamischen Abweichungen werden innerhalb einer vorgegebenen Meßzeit der Mittelwert der Tropfenübergangsspannung und außerdem die minimale und/oder maximale Tropfenübergangsspannung bestimmt und deren Abweichungen voneinander als Maß des wirksamen Verschleißzustandes der Stromkontaktdüse ermittelt.Since the length of the free wire end and the current contact nozzle are of the same order of magnitude, the drop transition voltage is sensitive to possible changes in the current transition. Assuming that gradual shifts in the current contact point within the current contact nozzle can be compensated for by changing the "visible" free wire length via adaptive controls, the dynamic disturbances, which then have a negative effect on the welding process stability, are of great importance Deviations are determined within a predetermined measuring time, the mean value of the drop transition voltage and also the minimum and / or maximum drop transition voltage and their deviations determined as a measure of the effective state of wear of the Stromkontaktdüse.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: die geometrischen Verhältnisse im Kontaktdüsenbereich Fig. 2: die Impulsfolgen bei der Tropfenauswertung Fig.3: den Schaltplan.Fig. 1: the geometric relationships in the contact nozzle area Fig. 2: the pulse sequences in the drop evaluation Fig.3: the circuit diagram.

Bei der Bewegung des Schweißdrahtes 1 durch die Stromkontaktdüse 2 kommt es an der Stromkontaktstelle 4 zur Berührung. Aufgrund der möglichen Unregelmäßigkeiten seitens der verschleißenden Stromkontaktdüse 2 und des Schweißdrahtes 1 kann diese Stromkontaktstelle 4 innerhalb der Stromkontaktdüse 2 wandern. Die wirksame freie Drahtlänge Ix verschiebt sich damit zwischen der „sichtbaren" freien Drahtlänge I0, dem Abstand zwischen der Unterkante der Stromkontaktdüse 2 und dem Werkstück 3, und der Summe aus I0 und lk, wobei lk der Kontaktdüsenlänge entspricht:During the movement of the welding wire 1 through the current contact nozzle 2, it comes to the power contact point 4 for contact. Due to the possible irregularities on the part of the wearing Stromkontaktdüse 2 and the welding wire 1, this current contact point 4 can move within the Stromkontaktdüse 2. The effective free wire length I x shifts between the "visible" free wire length I 0 , the distance between the lower edge of the Stromkontaktdüse 2 and the workpiece 3, and the sum of I 0 and l k , where l k corresponds to the contact nozzle length:

Io < Ix < I0+ IkIo <I x <I 0 + Ik

Wegen des von der wirksamen freien Drahtlänge Ix abhängigen elektrischen Widerstandes des Schweißdrahtes 1 beeinflußt dieses Verschieben die Schweißparameter,Because of the effective free wire length I x dependent electrical resistance of the welding wire 1 this displacement affects the welding parameters,

In den Momenten, in denen der Lichtbogen erloschen ist, nämlich dann, wenn ein Tropfenübergang stattfindet, lassen sich die Spannungsverhältnisse störungsarm messen. Dazu wird die Schweißspannung Us einem Schwellwertschalter 5 zugeführt, der das Signal der Schweißspannung U3 in die Anteile des Tropfenüberganges und der Lichtbogenbrennphase unterteilt, wobei U0 die Vergleichsspannung darstellt. Vom Schwellwertschalter 5 werden die dynamischen Schalter 6 angesteuert, die die Tropfenübergangsspannung Utr separieren. In einem Signalverarbeitungszweig werden die Tropfenübergangsspannung dem Integrator 7 zugeführt und die mittlere Tropfenübergangsspannung UTr gebildet, im anderen erfolgt die Bestimmung des Extremwertes der Tropfenübergangsspannung Utr, vorzugsweise durch den Extremwertbildner 8 die minimale Tropfenübergangsspannung UtRmin· Der Taktgenerator 9 bewirkt zusammen mit dem Zeitverzögerer 10 einerseits die Übergabe der Meßsignale in die Speicher 13 über die Schalter 12, andererseits die Reaktivierung des Extremwertbildners 8 über das Löschglied 11. Die mittlere und die minimale Tropfenübergangsspannung UTr, UTRmm werden gemeinsam einem Differenzverstärker 14 zugeführt, der die den Verschleißzustand der Stromkontaktdüse 2 beschreibende Spannungsdifferenz Utr abgibt. Gegebenenfalls läßt sich dieses Signal über einen weiteren Schwellwertschalter 15 in ein binäres Signal umsetzen.In the moments in which the arc has extinguished, namely, when a drop transition takes place, the voltage conditions can be measured without interference. For this purpose, the welding voltage U s is supplied to a threshold value switch 5, which divides the signal of the welding voltage U 3 into the proportions of the droplet transition and the arc combustion phase, wherein U 0 represents the comparison voltage. From the threshold value switch 5, the dynamic switches 6 are controlled, which separate the drop transition voltage Utr. In a signal processing branch, the drop transition voltage is supplied to the integrator 7 and the mean drop transition voltage U T r formed, in the other, the determination of the extreme value of the drop transition voltage Utr, preferably by the extreme value generator 8, the minimum drop transition voltage UtRmin · The clock generator 9 causes together with the Zeitverzögerer 10 on the one hand the transfer of the measured signals in the memory 13 via the switches 12, on the other hand, the reactivation of the extreme value generator 8 via the extinguishing member 11. The average and the minimum drop transition voltage U T r, U T Rmm are jointly fed to a differential amplifier 14, which is the state of wear of Stromkontaktdüse 2 descriptive voltage difference Utr outputs. Optionally, this signal can be implemented via a further threshold switch 15 in a binary signal.

Claims (2)

Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen für das Lichtbogenschweißen mit abschmelzendem Zusatzdraht bei Schweißprozessen mit Kurzlichtbogencharakteristik durch Auswertung des Schweißspannungssignals, gekennzeichnet dadurch, daß das Schweißspannungssignal in die Anteile der Lichtbogenbr.ennphase und derTropfenübergangsphase zerlegt wird, daß aus dem Spannungssignal derTropfenübergangsphase innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches einerseits dessen Mittelwert und andererseits der sich einstellende minimale und/oder maximale Spannungswert ermittelt werden, daß diese Werte miteinander verglichen werden und daß die Differenz der Werte als Maß des wirksamen Verschleißzustandes Schweißprozeßsteuerungen zugeführt wird.A method for detecting and electrically converting the state of wear of current contact nozzles for arc welding with additional welding wire in welding processes with short arc characteristics by evaluating the welding voltage signal, characterized in that the welding voltage signal is decomposed into the components of the arc Br .ennphase and the droplet transition phase, from the voltage signal of the droplet transition phase within a predetermined time range, on the one hand its mean value and on the other hand, the resulting minimum and / or maximum voltage value are determined that these values are compared and that the difference of the values is supplied as a measure of the effective state of wear welding process controls. HierzuFor this 2 Seiten Zeichnungen2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen für das Lichtbogenschweißen mit abschmelzendem Zusatzdraht bei Schweißprozessen mit Kurzlichtbogencharakteristik durch Auswertung des Schweißspannungssignals,The invention relates to a method for detecting and electrically converting the state of wear of current contact nozzles for arc welding with consumable filler wire in welding processes with short arc characteristics by evaluating the welding voltage signal, Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Es ist bekannt, daß Stromkontaktdüsen während des Schweißens aufgrund der hohen thermischen, und mechanischen Belastungen durch den bewegten Schweißdraht, die vergleichsweise hohe Stromdichte an der Stromübergangsstelle und die Wirkung des Schweißlichtbogens schnell verschleißen und daß die Stabilität des Schweißprozesses entscheidend von dem Zustand der Stromkontaktdüse bzw. von der Reproduzierbarkeit des Stromüberganges bestimmt wird. Zur Aufrechterhaltung stabiler Schweißprozesse wird daher die Stromkontaktdüse vom Schwetßer/Operator nach bestimmten Zeiträumen gewechselt, wobei der Zeitpunkt anhand subjektiver Empfindungen festgelegt wird. Zur Objektivierung dieses Prozesses und damit zur Sicherung der geforderten Schweißqualität bei effektiver Ausnutzung einer jeden Stromkontaktdüse ist nach DD-PS 154591 bekannt, die Kontaktdüsentemperatur unter Berücksichtigung der wesentlichen Schweißparameter als Kriterium für den Verschleißzustand zu betrachten. Diese Lösung nutzt die Erscheinung, daß sich mit zunehmendem Verschleiß die mittlere Stromübergangsstelle verlagert und sich damit der Energieumsatz in der Stromkontaktdüse verändert. Den Schweißprozeß wesentlich beeinflussende Störungen durch das mögliche stochastische Springen der Stromkontaktstelle innerhalb der Strom kontaktdüse, was außer vom Zustand der Strom kontaktdüse auch von der Elektrode und den Gegebenheiten des Drahtvorschubes abhängig ist, werden von diesem Sensor nicht erfaßt. Gleichfalls die in der DD-PS 222808 beschriebene Lösung, die die Kontaktspannung zwischen Stromkontaktdüse und Schweißdraht bestimmt, vermag nicht, dieses Problem zu lösen, abgesehen davon, daß sie einen erheblichen Mehraufwand von Baugruppen am Schweißkopf erfordert. Nach der DD-PS 234247 ist ebenfalls bekannt, die sich beim Lichtbogenschweißen einstellenden Schweißparameter zu analysieren, um daraus Informationen für die Schweißkopfpositionierung oder den Schweißprozeß zu gewinnen.It is known that current contact nozzles during welding due to the high thermal and mechanical stresses caused by the moving welding wire, the comparatively high current density at the current transition point and the effect of the welding arc wear quickly and that the stability of the welding process crucially from the state of the Stromkontaktdüse or is determined by the reproducibility of the current transition. In order to maintain stable welding processes, therefore, the current contact nozzle is changed by the Schwetßer / operator after certain periods of time, the time being determined on the basis of subjective feelings. To objectify this process and thus to ensure the required welding quality with effective utilization of each Stromkontaktdüse is known from DD-PS 154591 to consider the contact nozzle temperature, taking into account the essential welding parameters as a criterion for the state of wear. This solution utilizes the phenomenon that with increasing wear, the average current transfer point shifts and thus changes the energy conversion in the Stromkontaktdüse. The welding process significantly influencing disturbances by the possible stochastic jumping of the power contact point within the current contact nozzle, which is dependent on the state of the power contact nozzle and the electrode and the conditions of the wire feed, are not detected by this sensor. Likewise, the solution described in DD-PS 222808, which determines the contact voltage between Stromkontaktdüse and welding wire, can not solve this problem, except that it requires a considerable overhead of assemblies on the welding head. According to DD-PS 234247 it is also known to analyze the setting during arc welding welding parameters in order to gain information for the welding head positioning or the welding process. Ziel der ErfindungObject of the invention Durch die Erfindung ist durch die Überwachung des Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen beim Lichtbogenschweißen die Effektivität und Qualität zu verbessern.By the invention, by monitoring the state of wear of current contact nozzles during arc welding to improve the effectiveness and quality. Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des auf den Lichtbogenbrennprozeß wirksamen Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen für das Lichtbogenschweißen mit abschmelzendem Zusatzdraht bei Schweißprozessen mit Kurzlichtbogencharakteristik so zu entwickeln, daß mit vergleichsweise kleinem Aufwand und Verzicht auf zusätzliche Einrichtungen am Schweißkopf eine optimale Auslastung einer jeden Strom kontaktdüse bei gleichzeitiger Sicherung der Schweißparameterstabilität gewährleistet wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schweißspannungssignal in die Anteile der Lichtbogenbrennphase und der Tropfenübergangsphase zerlegt wird, daß aus dem Spannungssignal der Tropfenübergangsphase innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches einerseits dessen Mittelwert und andererseits der sich einstellende minimale oder maximale Spannungswert ermittelt werden, daß diese Werte miteinander verglichen werden und daß die Größe der Differenz der Werte als ' Maß des wirksamen Verschleißzustandes von Prozeßsteuerungen verarbeitet werden. Während eines Tropfenüberganges bricht die „Schweißspannung" auf einen Wert zusammen, der vom in dem Moment fließenden Schweißstrom und der Widerstandsbrücke, die sich aus freiem Drahtende, Schmelztropfen und einem in die Stromkontaktdüse bis zur Stromkontaktstelle reichenden Drahtende zusammensetzt, bestimmt wird und üblicherweise in der Größenordnung von einigen wenigen Volt liegt.. Änderungen der Stromkontaktstelle innerhalb der Stromkontaktdüse durchThe invention is therefore based on the object, a method for detection and electrical conversion of effective on the arc burning process wear state of Stromkontaktdüsen for arc welding with abschmelzendem filler wire in welding processes with short arc characteristics so that with relatively little effort and waiver of additional facilities on the welding head optimum utilization of each power contact nozzle while ensuring the welding parameter stability is ensured. According to the invention the object is achieved in that the welding voltage signal is decomposed into the components of the arc combustion phase and the droplet transition phase, that from the voltage signal of the droplet transition phase within a predetermined time range on the one hand its average and on the other hand the adjusting minimum or maximum voltage value are determined that these values with each other and that the magnitude of the difference of the values are processed as a measure of the effective state of wear of process controls. During a drop transition, the "weld voltage" breaks down to a value determined by, and typically of the order of, the welding current flowing at the moment and the resistance bridge, which is composed of free wire end, melt drop, and wire end extending into the current contact nozzle to the current contact point of a few volts .. changes the current contact point within the Stromkontaktdüse through
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