DE102016211684A1

DE102016211684A1 - Detection of alloyed electrode caps in resistance welding

Info

Publication number: DE102016211684A1
Application number: DE102016211684.3A
Authority: DE
Inventors: Juergen Haeufgloeckner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Werkstücken aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen mit einer Schweißzange, wobei Elektroden der Schweißzange gegen einen Schweißpunkt der Werkstücke gepresst werden (201) und mit einem Schweißstrom bestromt werden (203), wobei ein Kraftverlauf einer Elektrodenkraft, mit welcher die Elektroden gegen den Schweißpunkt gepresst werden, erfasst wird (201) und wobei aus dem erfassten Kraftverlauf eine Bewertungsgröße zur Charakterisierung einer Anlegierung an den Elektroden bestimmt wird (204), wobei die Bewertungsgröße mit einem Schwellwert verglichen wird (205) und wobei eine Maßnahme durchgeführt wird (206, 207), wenn die Bewertungsgröße den Schwellwert erreicht.The invention relates to a method for resistance welding of workpieces made of aluminum or aluminum alloys with a welding gun, wherein electrodes of the welding gun are pressed against a welding point of the workpieces (201) and energized with a welding current (203), wherein a force curve of an electrode force, with which (201) and determining from the detected force curve an evaluation parameter for characterizing an alloying at the electrodes (204), wherein the evaluation variable is compared to a threshold value (205) and wherein a measure is performed becomes (206, 207) when the score reaches the threshold.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Werkstücken aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen mit einer Schweißzange, wobei Elektroden der Schweißzange gegen einen Schweißpunkt der Werkstücke gepresst und mit einem Schweißstrom bestromt werden. The present invention relates to a method for resistance welding of workpieces made of aluminum or aluminum alloys with a welding gun, wherein electrodes of the welding gun are pressed against a welding point of the workpieces and energized with a welding current.

Stand der Technik State of the art

Mittels Schweißprozessen wie beispielsweise dem Widerstandsschweißen können Werkstücke stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Beispielsweise werden im Zuge des automatisierten Karosserierohbaus durch robotergeführte Schweißgeräte unterschiedliche Werkstücke, z.B. Bleche, miteinander verschweißt. Zum Herstellen einer Karosserie werden dabei bis zu mehrere tausend Schweißpunkte abgearbeitet, die teilweise sehr unterschiedlich hinsichtlich einer zu verschweißenden Werkstückdicken- und/oder Materialkombination sein können. By means of welding processes, such as resistance welding, workpieces can be connected to one another with a material fit. For example, in the course of automated bodyworking by robotic welding machines, different workpieces, e.g. Sheets, welded together. To produce a body while up to several thousand welds are processed, some of which can be very different in terms of welding workpiece thickness and / or material combination.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Werkstücken aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen mit einer Schweißzange sowie eine Steuereinheit, ein Schweißgerät und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a method for resistance welding of workpieces made of aluminum or aluminum alloys with a welding tongs and a control unit, a welding apparatus and a computer program for its implementation with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Im Zuge eines Schweißprozesses werden Elektroden der Schweißzange mit einer Elektrodenkraft gegen einen Schweißpunkt der Werkstücke gepresst und mit einem Schweißstrom bestromt. An diesem Schweißpunkt sollen zwei oder mehrere Werkstücke miteinander verschweißt werden. Im Rahmen des Verfahrens wird ein Kraftverlauf dieser Elektrodenkraft erfasst und aus diesem erfassten Kraftverlauf wird eine Bewertungsgröße zur Charakterisierung einer Anlegierung an den Elektroden bestimmt. Die Bewertungsgröße wird mit einem Schwellwert verglichen und es wird eine Maßnahme durchgeführt, wenn die Bewertungsgröße den Schwellwert erreicht. As part of a welding process electrodes of the welding gun are pressed with an electrode force against a welding point of the workpieces and energized with a welding current. At this weld point, two or more workpieces are to be welded together. In the context of the method, a force curve of this electrode force is detected and from this detected force curve an evaluation variable for characterizing an alloying at the electrodes is determined. The score is compared to a threshold and a measure is taken when the score reaches the threshold.

Beim Schweißen von Werkstücken aus speziellen Materialien, z.B. Aluminium, können sich Rückstände dieses Materials an den Elektroden bzw. an den Kappen der Elektroden anlagern. Diese Anlagerungen an den Elektroden bzw. Elektrodenkappen sind in diesem Zusammenhang als Anlegierung zu verstehen. Durch eine derartige Anlegierung kann es zu Problemen bei der Durchführung von Schweißprozessen kommen. Die Rückstände können eine Kappenauflagefläche der Elektroden an dem Schweißpunkt verringern. Durch die verringerte Kappenauflagefläche wird die Stromdichte gegebenenfalls deutlich erhöht, was zu Verbrennungen am Schweißpunkt oder gar zu einem Loch (Durchschuss, Lochbrand) in den Werkstücken führen kann. Die zu verschweißenden Werkstücke müssen in derartigen Fällen zumeist nachbearbeitet oder gar verschrottet werden. When welding workpieces made of special materials, e.g. Aluminum, residues of this material can attach to the electrodes or to the caps of the electrodes. These deposits on the electrodes or electrode caps are to be understood in this context as Anlegierung. Such alloying can lead to problems in carrying out welding processes. The residues may reduce a cap bearing area of the electrodes at the spot weld. Due to the reduced cap contact surface, the current density is possibly increased significantly, which can lead to burns at the welding point or even to a hole (shoot through, perforated firing) in the workpieces. The workpieces to be welded usually have to be reworked or even scrapped in such cases.

Elektrodenkappen werden daher in bestimmten Zeitabständen oder nach einer bestimmten Anzahl von durchgeführten Schweißprozessen gereinigt, insbesondere durch Fräsen z.B. mittels eines Frässchneiders. Wird die Länge dieser Reinigungszyklen zu hoch eingestellt oder ist das Anlegierungsverhalten prozess- oder materialbedingt stärker als im Normalfall, können die auf den Elektrodenkappen angelagerten Rückstände zu den oben erläuterten Problemen führen. Electrode caps are therefore cleaned at certain intervals or after a certain number of welding processes carried out, in particular by milling e.g. by means of a milling cutter. If the length of these cleaning cycles is set too high or if the alloying behavior is stronger due to the process or material than usual, the residues deposited on the electrode caps can lead to the problems described above.

Aluminium besitzt ein vergleichsweise hohes Anlegierungsverhalten, beispielsweise im Vergleich zu Stahl. Bei Schweißprozessen von Aluminiumwerkstücken (Werkstücke aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen) lagern sich somit sehr viel schneller Rückstände an den Elektrodenkappen an, als beispielsweise bei Stahlwerkstücken, so dass Elektrodenkappen deutlich schneller verschmutzen. Da Aluminium einen vergleichsweise niedrigen elektrischen Widerstand sowie eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist es für Schweißprozesse von Aluminiumwerkstücken insbesondere erforderlich, die Schweißelektroden mit vergleichsweise sehr hohen Schweißströmen zu bestromen. Bei anlegierten Elektrodenkappen kann sich an den verringerten Kappenauflageflächen durch diese vergleichsweise hohen Schweißströme eine deutlich überhöhte Stromdichte einstellen. Die Gefahr von Durchschüssen bzw. Lochbrand ist somit beim Widerstandsschweißen von Aluminiumwerkstücken mit anlegierten Elektroden besonders hoch. Aluminum has a comparatively high alloying behavior, for example compared to steel. During welding processes of aluminum workpieces (workpieces made of aluminum or aluminum alloys), residues deposit on the electrode caps much faster than, for example, with steel workpieces, so that electrode caps become contaminated much faster. Since aluminum has a comparatively low electrical resistance and good thermal conductivity, it is particularly necessary for welding processes of aluminum workpieces to supply the welding electrodes with comparatively very high welding currents. When alloyed electrode caps can be set at the reduced cap bearing surfaces by these comparatively high welding currents a significantly excessive current density. The risk of punching or punching fire is thus particularly high in the resistance welding of aluminum workpieces with alloyed electrodes.

Die Erfindung stellt eine Möglichkeit bereit, um Anlegierungen auf den Elektroden frühzeitig erkennen zu können. Im Rahmen des Verfahrens kann eine Überwachungsfunktion realisiert werden, welche im Zuge jedes Schweißprozesses ausgeführt wird und überwacht, ob eine Anlegierung vorliegt. Die Analyse der bestimmten Bewertungsgröße erlaubt insbesondere Rückschlüsse auf eine Anlegierungen auf den Elektrodenkappen. Wenn die Bewertungsgröße den Schwellwert erreicht, wird insbesondere rückgeschlossen, dass eine Anlegierung vorliegt, welche insbesondere zu Löchern (Durchschuss, Lochbrand) in den zu verschweißenden Werkstücken führen kann. Durch die durchgeführte Maßnahme im Rahmen des Verfahrens kann auf derart erkannte Anlegierungen zweckmäßig reagiert werden. Damit ist es möglich, Produktionsverlust oder Nacharbeitsaufwand bedingt durch verbrannte Schweißpunkte oder gar Lochbrand deutlich zu verringern. The invention provides a way to detect alloys on the electrodes early on. Within the scope of the method, a monitoring function can be implemented, which is carried out in the course of each welding process and monitors whether an alloying is present. The analysis of the particular evaluation variable in particular allows conclusions to be drawn about the electrode caps on the electrode caps. If the evaluation variable reaches the threshold value, it is in particular concluded that there is an alloy, which in particular can lead to holes (shoot through, perforated firing) in the workpieces to be welded. By the measure carried out in the context of the method can be appropriately reacted to such recognized alloys. This makes it possible to reduce production or rework costs due to burned Significantly reduce welding spots or even punch firing.

Im Zuge eines herkömmlichen, fehlerfreien Schweißprozesses mit nicht anlegierten Elektroden wird insbesondere zunächst im Zuge einer sog. Vorhaltezeit (VHZ) die Elektrodenkraft erhöht, bis diese einen vorgegebenen Kraftwert (Soll-Wert) erreicht hat. Wenn dies der Fall ist, werden die Elektroden für die Dauer einer sog. Stromzeit mit dem Schweißstrom bestromt. Während dieser Stromzeit wird die Elektrodenkraft im fehlerfreien Betrieb auf dem vorgegebenen Soll-Wert gehalten. Nach Abschalten des Schweißstroms können die Elektroden noch für die Dauer einer sog. Nachhaltezeit (NHZ) mit dem Soll-Wert der Elektrodenkraft weiterhin gegen den Schweißpunkt gepresst werden, bis im Zuge einer anschließenden Kraftabfallzeit (KFZ) die Elektrodenkraft verringert wird. Es ist auch möglich, die Elektroden zunächst mit einem vergleichsweise geringem Vorwärmstrom zu bestromen, nachdem die Elektrodenkraft den vorgegebenen Kraftwert (Soll-Wert) erreicht hat und bevor die Elektroden mit dem Schweißstrom bestromt werden. Auf diese Weise können die Werkstücke vor Beginn der Stromzeit vorgewärmt werden, z.B. um überhärtete Stellen zu vermeiden. In the course of a conventional, error-free welding process with electrodes which have not been alloyed, the electrode force is first of all increased in the course of a so-called lead time (VHZ) until it has reached a predetermined force value (setpoint value). If this is the case, the electrodes are energized for the duration of a so-called current time with the welding current. During this current time, the electrode force is kept at the specified target value in error-free operation. After switching off the welding current, the electrodes can continue to be pressed against the welding point for the duration of a so-called Nachhaltezeit (NHZ) with the target value of the electrode force until the electrode force is reduced in the course of a subsequent Kraftabfallzeit (KFZ). It is also possible to energize the electrodes initially with a comparatively low preheating current after the electrode force has reached the predetermined force value (setpoint value) and before the electrodes are energized with the welding current. In this way, the workpieces can be preheated before the beginning of the current time, e.g. to avoid over-hardened areas.

Bei einem Schweißprozess mit anlegierten Elektroden weicht der Kraftverlauf der Elektrodenkraft während der Schweißzeit von einem entsprechenden Kraftverlauf bei einem fehlerfreien Schweißprozesses mit nicht anlegierten Elektroden ab. Wenn anlegierte Elektrodenkappen während der Schweißzeit bestromt werden, brennen die entsprechenden Rückstände auf den Elektrodenkappen bedingt durch die hohen Stromdichten in den verringerten Kappenauflageflächen zumindest teilweise weg. Dieses Wegbrennen hat insbesondere einen vergleichsweise schnellen und großen Einbruch des Kraftverlaufs zur Folge, die Elektrodenkraft nimmt also in vergleichsweise kurze Zeit um einen vergleichsweise großen Betrag ab. In a welding process with alloyed electrodes, the force curve of the electrode force during the welding time deviates from a corresponding force curve in a faultless welding process with non-alloyed electrodes. When alloyed electrode caps are energized during the welding time, the corresponding residues on the electrode caps burn away at least partially because of the high current densities in the reduced cap contact surfaces. In particular, this burning away results in a comparatively rapid and large collapse in the course of the force, so that the electrode force decreases in a comparatively short time by a comparatively large amount.

Der Kraftverlauf kann daher besonders vorteilhaft zum frühzeitigen Erkennen einer Anlegierung verwendet werden. Insbesondere kann der Kraftverlauf mit technisch aufwandsarmen Mitteln bestimmt werden, beispielsweise mittels eines Kraftsensors. Oftmals wird der Kraftverlauf ohnehin für die Durchführung bzw. Regelung der Schweißprozesse bestimmt, so dass zum Durchführen des Verfahrens kein zusätzlicher Messaufwand und keine zusätzlichen Elemente benötigt werden. The force curve can therefore be used particularly advantageously for the early detection of an alloy. In particular, the force curve can be determined with technically low-cost means, for example by means of a force sensor. Often the force curve is determined anyway for the implementation or regulation of the welding processes, so that no additional measurement effort and no additional elements are required to perform the method.

Vorzugsweise wird aus dem bestimmten Kraftverlauf eine Differenz zwischen einer ersten Elektrodenkraft zu einem ersten Zeitpunkt und einer zweiten Elektrodenkraft zu einem zweiten Zeitpunkt als Bewertungsgröße bestimmt. Somit wird eine Änderung der Elektrodenkraft innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls als Bewertungsgröße bestimmt. Bei einem Schweißprozess mit nicht anlegierten Elektroden ist diese Änderung insbesondere vergleichsweise gering, zweckmäßigerweise nahe null. Gemäß obiger Erläuterung ist diese Änderung bei anlegierten Elektroden insbesondere vergleichsweise hoch und erreicht somit den entsprechenden Schwellwert. Der Schwellwert kann fest vorgegeben sein und/oder kann auch beispielsweise durch einen Benutzer veränderbar sein. Preferably, a difference between a first electrode force at a first time and a second electrode force at a second time is determined as the evaluation variable from the determined force curve. Thus, a change in the electrode force within a predetermined time interval is determined as the evaluation quantity. In a welding process with non-alloyed electrodes, this change is in particular comparatively small, expediently close to zero. As explained above, this change is especially comparatively high for alloyed electrodes and thus reaches the corresponding threshold value. The threshold value can be fixed and / or can also be changed by a user, for example.

Bevorzugt entspricht der erste Zeitpunkt einem Beginn der Stromzeit, ab welchem die Elektroden der Schweißzange mit dem Schweißstrom bestromt werden. Das Zeitintervall beginnt also zweckmäßigerweise zeitgleich oder zumindest im Wesentlichen zeitgleich mit der Stromzeit. Wie oben erläutert beginnt bei anlegierten Elektroden insbesondere mit Beginn der Elektrodenbestromung das zumindest teilweise Wegbrennen der anlegierten Rückstände, was einen vergleichsweise schnellen und großen Einbruch der Elektrodenkraft zur Folge hat. Somit bietet es sich besonders an, die Differenz zwischen der zu Beginn der Stromzeit erfassten ersten Elektrodenkraft und der zu dem zweiten Zeitpunkt erfassten zweiten Elektrodenkraft als Bewertungsgröße zu bestimmen, um auf eine Anlegierung der Elektroden rückzuschließen. Preferably, the first time corresponds to a start of the current time, from which the electrodes of the welding gun are energized with the welding current. The time interval thus expediently begins at the same time or at least substantially simultaneously with the current time. As explained above, in the case of alloyed electrodes, the at least partial burning away of the alloyed residues begins, in particular with the beginning of the electrode energization, which results in a comparatively rapid and large collapse of the electrode force. Thus, it is particularly appropriate to determine the difference between the first electrode force detected at the beginning of the current time and the second electrode force detected at the second time as the evaluation variable in order to conclude that the electrodes have been alloyed.

Vorzugsweise entspricht ein Zeitintervall zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt einem vorgegebenen Bruchteil der Stromzeit, beispielsweise ¾ der Stromzeit, ½ der Stromzeit oder ¼ der Stromzeit. Besonders bevorzugt entspricht der erste Zeitpunkt dem Beginn der Stromzeit und das Zeitintervall beträgt ¼ der Stromzeit. Somit wird bevorzugt als Bewertungsgröße die Differenz zwischen der Elektrodenkraft zu Beginn der Stromzeit und der Elektrodenkraft nach einem Viertel der Stromzeit bestimmt. Bei einer vorliegenden Anlegierung der Elektroden und einem damit verbundenen schnellen und großen Einbruch der Elektrodenkraft ist diese Differenz vergleichsweise hoch. Preferably, a time interval between the first time and the second time corresponds to a predetermined fraction of the current time, for example ¾ of the current time, ½ of the current time or ¼ of the current time. Particularly preferably, the first time corresponds to the beginning of the current time and the time interval is ¼ of the current time. Thus, the difference between the electrode force at the beginning of the current time and the electrode force after a quarter of the current time is preferably determined as the evaluation quantity. With a present alloying of the electrodes and an associated rapid and large collapse of the electrode force, this difference is comparatively high.

Bevorzugt kann der zweite Zeitpunkt einem Zeitpunkt entsprechen, zu welchem der Schweißstrom einen vorgegebenen Wert erreicht, beispielsweise einen vorgegebenen Soll-Wert, einen Maximalwert und/oder einen Plateauwert. Insbesondere wird somit die Differenz der Elektrodenkraft zu Beginn der Stromzeit, ab welchem der Schweißstrom erhöht wird, und der Elektrodenkraft zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Schweißstrom seinen vorgegebenen Soll- bzw. Maximalwert erreicht, als Bewertungsgröße bestimmt. Preferably, the second time can correspond to a time at which the welding current reaches a predetermined value, for example a predetermined desired value, a maximum value and / or a plateau value. In particular, therefore, the difference of the electrode force at the beginning of the current time from which the welding current is increased and the electrode force at the time when the welding current reaches its predetermined target value or maximum value is determined as the evaluation quantity.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem bestimmten Kraftverlauf ein Unterschied zwischen einem Maximalwert der Elektrodenkraft und einem Minimalwert der Elektrodenkraft innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls als Bewertungsgröße bestimmt. Bei anlegierten Elektroden und dem damit verbundenen Einbruch der Elektrodenkraft erreicht dieser Unterschied insbesondere den vorgegebenen Schwellwert. Analog zu obiger Beschreibung kann dieses Zeitintervall vorzugsweise einem vorgegebenen Bruchteil der Stromzeit entsprechen, beispielsweise ¾ der Stromzeit, ½ der Stromzeit oder ¼ der Stromzeit. According to an advantageous embodiment, a difference between a maximum value of the electrode force and a minimum value of the electrode force is determined from the determined force profile determined within a predetermined time interval as the evaluation size. With alloyed electrodes and the associated collapse of the electrode force, this difference in particular reaches the predetermined threshold value. Analogously to the above description, this time interval may preferably correspond to a predetermined fraction of the current time, for example ¾ of the current time, ½ of the current time or ¼ of the current time.

Vorteilhafterweise wird als Maßnahme der Schweißprozess abgebrochen. Somit kann automatisch verhindert werden, dass es zu Löchern (Durchschuss, Lochbrand) in den zu verschweißenden Werkstücken kommt, insbesondere bei nachfolgenden Schweißprozessen. Alternativ oder zusätzlich können die Elektroden vorteilhafterweise als Maßnahme gereinigt werden, insbesondere durch Fräsen z.B. mittels eines Frässchneiders. Alternativ oder zusätzlich kann als Maßnahme bevorzugt eine Fehlermeldung ausgegeben werden, insbesondere über eine Benutzerschnittstelle, z.B. über einen Bildschirm einer Schweißsteuerung (Steuereinheit). Der Schweißprozess wird mit Ausgabe der Fehlermeldung zumindest pausiert oder abgebrochen. Ein Benutzer kann durch die Fehlermeldung über die erkannte Anlegierung informiert werden und kann entsprechende Maßnahmen einleiten, z.B. eine Überprüfung der zu verschweißenden Werkstücke. Der Benutzer kann daraufhin entscheiden, ob der Schweißprozess fortgesetzt werden soll oder die Elektroden zunächst gereinigt werden sollen. Advantageously, the welding process is interrupted as a measure. Thus it can be automatically prevented that it comes to holes (bullet, punch fire) in the workpieces to be welded, especially in subsequent welding processes. Alternatively or additionally, the electrodes can advantageously be cleaned as a measure, in particular by milling e.g. by means of a milling cutter. Alternatively or additionally, an error message may preferably be issued as a measure, in particular via a user interface, e.g. via a screen of a welding control (control unit). The welding process is at least paused or canceled when the error message is output. A user may be informed of the detected alloy by the error message and may take appropriate action, e.g. a check of the workpieces to be welded. The user can then decide whether to continue the welding process or to first clean the electrodes.

Besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren für den Karosserierohbau, insbesondere für automatisierte Schweißprozesse im Karosserierohbau, vorzugsweise im Zuge einer Kraftfahrzeug- oder Flugzeugproduktion. Insbesondere werden dabei Bleche miteinander verschweißt, um die Karosserie eines Kraftfahrzeugs herzustellen. Im Zuge des Herstellungsprozesses einer einzigen Karosserie können bis zu mehrere tausend Schweißpunkte (z.B. ca. 5.000 Schweißpunkte für ein Mittelklasse-Fahrzeug) automatisiert bearbeitet werden. Der Einsatz von Aluminium nimmt im Karosserierohbau immer mehr zu, im Zuge dessen beispielsweise Bleche aus Aluminium mittels Widerstandsschweißen miteinander verschweißt werden. Das Verfahren bietet sich somit für besonders für den Karosserierohbau an, um Produktionsverlust oder Nacharbeitsaufwand bedingt durch Löcher (Durchschuss, Lochbrand) in verschweißten Aluminiumblechen zu verringern. Particularly advantageous is the method for the body shell, in particular for automated welding processes in the body shell, preferably in the course of a motor vehicle or aircraft production. In particular, sheets are welded together to produce the body of a motor vehicle. In the process of manufacturing a single body, up to several thousand spot welds (e.g., about 5,000 spot welds for a mid-range vehicle) can be automated. The use of aluminum is increasing in the body shop, in the course of which, for example, sheets of aluminum are welded together by means of resistance welding. The process is thus particularly suitable for body shop construction, in order to reduce production loss or reworking work due to holes (penetration, perforated firing) in welded aluminum sheets.

Eine erfindungsgemäße Steuereinheit (Recheneinheit), z.B. eine Schweißsteuerung eines Schweißgeräts, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die Steuereinheit kann beispielsweise als SPS (speicherprogrammierbare Steuerung), als NC (Numerical Control) oder CNC (Computerised Numerical Control) ausgebildet sein. Ein entsprechendes Schweißgerät weist insbesondere eine derartige Steuereinheit und eine Schweißzange, z.B. eine Handschweißzange oder eine robotergeführte Schweißzange auf, welche mit einer Schweißstromquelle verbunden ist. A control unit (arithmetic unit) according to the invention, e.g. a welding control of a welding device, is, in particular programmatically, adapted to carry out a method according to the invention. The control unit can be designed, for example, as a PLC (programmable logic controller), as an NC (Numerical Control) or CNC (Computerized Numerical Control). A corresponding welding device has in particular such a control unit and welding tongs, e.g. a manual welding gun or a robot-controlled welding gun, which is connected to a welding power source.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibung figure description

1 zeigt schematisch ein Schweißgerät zum Widerstandsschweißen mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, das dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. 1 schematically shows a welding apparatus for resistance welding with a preferred embodiment of a control unit according to the invention, which is adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention.

2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm. 2 schematically shows a preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.

3 zeigt schematisch ein Diagramm einer Elektrodenkraft und eines Schweißstroms aufgetragen gegen die Zeit, welches im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst werden kann. 3 shows schematically a diagram of an electrode force and a welding current plotted against time, which can be detected in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing

In 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schweißgeräts schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. In 1 a preferred embodiment of a welding device according to the invention is shown schematically and with 100 designated.

Mit dem Schweißgerät 100 können Werkstücke 120 durch Widerstandsschweißen miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Insbesondere werden Werkstücke 120 im Zuge eines Karosserierohbaus miteinander verschweißt, wobei insbesondere eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs oder Flugzeugs hergestellt wird. Beispielsweise können zwei Bleche 121 und 122 mit unterschiedlichen Dicken miteinander verschweißt werden. With the welding machine 100 can workpieces 120 be joined together by resistance welding together. In particular, workpieces 120 welded together in the course of a body shell, in particular a body of a motor vehicle or aircraft is produced. For example, two sheets 121 and 122 be welded together with different thicknesses.

Das Schweißgerät 100 weist eine Schweißzange 110 mit zwei Schweißelektroden 111 und 112 auf. Im Zuge des Widerstandsschweißens werden die Schweißelektroden 111 und 112 mit einer Elektrodenkraft an einem Schweißpunkt 125 gegen die Bleche 121 und 122 gedrückt. Die Schweißelektroden 111 und 112 werden für die Dauer einer Schweißzeit mit einem Schweißstrom bestromt, wodurch eine Widerstandserwärmung der Bleche 121 und 122 am Schweißpunkt 125 erfolgt. The welding machine 100 has a welding tongs 110 with two welding electrodes 111 and 112 on. In the course of resistance welding, the welding electrodes 111 and 112 with an electrode force at a weld point 125 against the sheets 121 and 122 pressed. The welding electrodes 111 and 112 are energized for the duration of a welding time with a welding current, whereby a resistance heating of the sheets 121 and 122 at the welding point 125 he follows.

Das Schweißgerät 100 weist weiterhin eine Steuereinheit (Schweißsteuerung) 130 auf, welche die Schweißzange 110 ansteuert und zum Durchführen von Schweißprozessen bestimmte Schweißparameter regelt, insbesondere Schweißstrom, Schweißspannung, Schweißzeit und/oder Elektrodenkraft. Die Steuereinheit 130 kann beispielsweise als SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ausgebildet sein. The welding machine 100 also has a control unit (welding control) 130 on which the welding gun 110 controls and controls certain welding parameters for performing welding processes, in particular welding current, welding voltage, welding time and / or electrode force. The control unit 130 may for example be designed as a PLC (programmable logic controller).

Insbesondere werden für die Herstellung der Karosserie Bleche 121 und 122 aus Aluminium miteinander verschweißt. Da Aluminium einen vergleichsweise niedrigen elektrischen Widerstand sowie eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, werden Aluminiumbleche 121 und 122 für die Schweißprozesse mit vergleichsweise sehr hohen Schweißströmen bestromt, z.B. im Vergleich zu Blechen aus Stahl. In particular, for the production of body panels 121 and 122 made of aluminum welded together. Since aluminum has a comparatively low electrical resistance as well as good thermal conductivity, aluminum sheets are used 121 and 122 for the welding processes with comparatively high welding currents, eg in comparison to sheet steel.

Bei derartigen Werkstücken aus Aluminium besteht die Gefahr, dass sich im Zuge von durchgeführten Schweißprozessen Rückstände von Aluminium an den Kappen der Elektroden 111 und/oder 112 anlagern. Durch diese Anlagerungen (sog. Anlegierung) kann eine Kappenauflagefläche der Elektroden 111, 112 an dem Schweißpunkt 125 verringert werden. An derartig verringerten Kappenauflageflächen kann sich durch die hohen Schweißströme eine deutlich überhöhte Stromdichte einstellen, so dass es zu Durchschüssen bzw. Lochbrand in den Blechen 121, 122 kommen kann. In diesen Fällen müssen die Bleche 121, 122 nachbearbeitet oder gar verschrottet werden. In such workpieces made of aluminum there is a risk that in the course of welding processes carried out residues of aluminum on the caps of the electrodes 111 and or 112 attach. Due to these deposits (so-called alloying), a cap bearing surface of the electrodes 111 . 112 at the welding point 125 be reduced. At such a reduced cap bearing surfaces can be set by the high welding currents a significantly excessive current density, so it is to shoot through or perforated fire in the sheets 121 . 122 can come. In these cases, the sheets must 121 . 122 be reworked or even scrapped.

Um eine derartige Anlegierung von Aluminiumrückständen an den Elektroden 111 und/oder 112 frühzeitig erkennen zu können und um durch Anlegierung bedingten Durchschüssen bzw. Lochbrand in den Blechen 121, 122 vorzugbeugen, ist die Steuereinheit 130, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, welches im Folgenden in Bezug auf die 2 und 3 erläutert wird. To such an alloying of aluminum residues on the electrodes 111 and or 112 to be able to detect it at an early stage and to make firing or punch firing in the sheets due to alloying 121 . 122 bend, is the control unit 130 , in particular programmatically, adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention, which in the following with reference to the 2 and 3 is explained.

In 2 ist diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt. In 3 ist ein Diagramm der Elektrodenkraft und des Stroms, mit welchem die Elektroden 111 und 112 bestromt werden, aufgetragen gegen die Zeit schematisch dargestellt. Der Kraftverlauf, also der zeitliche Verlauf der Elektrodenkraft, ist in 3 mit 310 bezeichnet, der zeitliche Verlauf des Stroms mit 320. In 3 ist dabei beispielhaft der Fall von anlegierten Elektroden 111, 112 dargestellt. In 2 this preferred embodiment of the method according to the invention is shown schematically as a block diagram. In 3 is a diagram of the electrode force and the current with which the electrodes 111 and 112 be energized, plotted against time shown schematically. The force curve, ie the time course of the electrode force, is in 3 With 310 denotes the temporal course of the current with 320 , In 3 is an example of the case of alloyed electrodes 111 . 112 shown.

In einem Schritt 201 werden die Elektroden 111 und 112 im Zuge einer Vorhaltezeit (VHZ) an dem Schweißpunkt 125 gegen die Aluminiumbleche 121, 122 gepresst. Währen dieser Vorhaltezeit (VHZ) wird die Elektrodenkraft bis zu einem vorgegebenen Kraftwert (Soll-Wert) von beispielsweise 3 kN erhöht. Der entsprechende Kraftverlauf (Ist-Verlauf) wird von der Schweißsteuerung 130 messtechnisch erfasst und ist in 3 als Kurve 310 dargestellt. Mit 311 ist der Soll-Wert der Elektrodenkraft von z.B. 5 kN bezeichnet. In one step 201 become the electrodes 111 and 112 in the course of a retention time (VHZ) at the welding point 125 against the aluminum sheets 121 . 122 pressed. During this lead time (VHZ), the electrode force is increased up to a predetermined force value (target value) of, for example, 3 kN. The corresponding force curve (actual course) is from the welding control 130 metrologically recorded and is in 3 as a curve 310 shown. With 311 is the target value of the electrode force of, for example, 5 kN designated.

Wenn dieser Soll-Kraftwert erreicht ist, werden die Elektroden 111 und 112 in Schritt 202 zunächst mit einem vergleichsweise geringen Vorwärmstrom von beispielsweise 15 kA bestromt. Wie in dem Diagramm in 3 ersichtlich ist, beginnt die Bestromung mit diesem Vorwärmstrom zu dem Zeitpunkt t₁. Dieser Vorwärmstrom ist geringer als der Schweißstrom und reicht insbesondere nicht aus, um die Aluminiumbleche 121, 122 zu schmelzen. When this nominal force value is reached, the electrodes become 111 and 112 in step 202 initially energized with a comparatively low preheating of, for example, 15 kA. As in the diagram in 3 is apparent, the energization begins with this preheating current at the time t ₁ . This preheating current is less than the welding current and in particular is not sufficient to the aluminum sheets 121 . 122 to melt.

Wie in 3 ersichtlich ist, beginnt die Elektrodenkraft zu dem Zeitpunkt t₂ zu sinken, da bereits durch den geringen Vorwärmstrom die anlegierten Rückstände auf den Kappen der Elektroden 111, 112 zumindest teilweise wegbrennen. As in 3 can be seen, the electrode force begins to decrease at the time t ₂ , since already by the low preheating the alloyed residues on the caps of the electrodes 111 . 112 at least partially burn away.

Zu einem Zeitpunkt t₃ werden die Elektroden 111 und 112 in Schritt 203 mit einem Schweißstrom von beispielsweise 35 kA bestromt. Der Zeitpunkt t₃ entspricht somit einem Beginn der Stromzeit. Der Strom steigt dabei von dem Vorwärmstrom von z.B. 15 kA auf den Schweißstrom von z.B. 35 kA an. At a time t ₃ , the electrodes become 111 and 112 in step 203 energized with a welding current of, for example, 35 kA. The time t ₃ thus corresponds to a start of the current time. The current increases from the preheating current of eg 15 kA to the welding current of eg 35 kA.

Weiterhin wird gemäß Schritt 203 die Elektrodenkraft F₁ zu diesem Zeitpunkt t₃ als eine erste Elektrodenkraft zum Bestimmen einer ersten Bewertungsgröße zur Charakterisierung der Anlegierung an den Elektroden erfasst. Wie in 3 ersichtlich ist, ist die Elektrodenkraft zu dem Zeitpunkt t₃ im Vergleich zu dem Soll-Wert 311 bereits um ein Intervall F₁ auf den Wert F₁ gesunken. Mit Beginn der Stromzeit sinkt die Elektrodenkraft bei anlegierten Elektroden noch stärker als bei der Bestromung mit dem Vorwärmstrom. Furthermore, according to step 203 the electrode force F ₁ at this time t _{3 is} detected as a first electrode force for determining a first evaluation quantity for characterizing the alloy at the electrodes. As in 3 is apparent, the electrode force at the time t ₃ compared to the target value 311 already dropped by an interval F ₁ to the value F ₁ . With the start of the current time, the electrode force drops even more when the electrodes are alloyed than when the current is supplied with the preheating current.

In Schritt 204 wird zu einem Zeitpunkt t₄ eine zweite Elektrodenkraft F₂ erfasst. Ein Zeitintervall t zwischen dem Zeitpunkt t₃ und dem Zeitpunkt t₄ entspricht dabei einem Viertel der Stromzeit. Beispielsweise kann die gesamte Stromzeit z.B. 160 ms betragen, so dass der Zeitpunkt t₄ z.B. 40 ms nach dem Zeitpunkt t₃ liegt. In step 204 At time t _4, a second electrode force F _{2 is} detected. A time interval t between the time t ₃ and the time t ₄ corresponds to a quarter of the current time. For example, the total current time may be 160 ms, for example, so that the time t _{4 is,} for example, 40 ms after the time t ₃ .

Weiterhin wird in Schritt 204 die Bewertungsgröße als Differenz der ersten Elektrodenkraft F₁ zu dem Zeitpunkt t₃, welcher dem Beginn der Schweißzeit entspricht, und der zweiten Elektrodenkraft F₂ zu dem Zeitpunkt t₄ nach einem Viertel der Stromzeit bestimmt. Furthermore, in step 204 the evaluation quantity as the difference of the first electrode force F ₁ at the time t ₃ , which corresponds to the beginning of the welding time, and the second electrode force F ₂ at the time t ₄ after a quarter of the current time determined.

In Schritt 205 wird die Bewertungsgröße mit einem Schwellwert verglichen. Bei einem Schweißprozess mit nicht anlegierten Elektroden 111, 112 verläuft der Kraftverlauf innerhalb des Zeitintervalls t zumindest im Wesentlichen konstant auf dem Soll-Wert 311. Wie in 3 dargestellt ist, nimmt die Elektrodenkraft innerhalb des Zeitintervalls t bei anlegierten Elektroden 111, 112 um einen vergleichsweise großen Betrag ab. Die Elektrodenkraft ist dabei zu dem Zeitpunkt t₄ im Vergleich zu dem Soll-Wert 311 um das Intervall F₂ auf den Wert F₂ gesunken. In step 205 the rating is compared to a threshold. In a welding process with non-alloyed electrodes 111 . 112 the force course within the time interval t is at least substantially constant at the desired value 311 , As in 3 is shown decreases the electrode force within the time interval t at alloyed electrodes 111 . 112 by a comparatively large amount. The electrode force is at the time t ₄ compared to the desired value 311 decreased by the interval F ₂ to the value F ₂ .

Wenn die Bewertungsgröße, also die Änderung der Elektrodenkraft innerhalb des Zeitintervalls t, den entsprechenden Schwellwert erreicht, deutet dies auf eine Anlegierung der Elektrode 111 und/oder 112 hin. If the evaluation variable, ie the change in the electrode force within the time interval t, reaches the corresponding threshold value, this indicates an alloying of the electrode 111 and or 112 out.

Wenn die Bewertungsgröße den Schwellwert erreicht, wird der Schweißprozess in Schritt 206 daher abgebrochen und es wird eine Fehlermeldung wird über eine Benutzerschnittstelle ausgegeben, z.B. über einen Bildschirm der Schweißsteuerung 130. Ein Benutzer kann daraufhin die Bleche 121, 122 und die Elektroden 111, 112 untersuchen. Wenn tatsächlich eine Anlegierung an den Elektroden 111, 112 vorliegt, können diese in Schritt 207 durch Fräsen gereinigt werden. When the evaluation size reaches the threshold, the welding process in step 206 Therefore, an error message is output via a user interface, eg via a screen of the welding control 130 , A user can then use the sheets 121 . 122 and the electrodes 111 . 112 investigate. If indeed a alloy at the electrodes 111 . 112 can be present in step 207 be cleaned by milling.

Wenn die Bewertungsgröße in Schritt 205 den Schwellwert nicht erreicht, deutet dies auf nicht anlegierte Elektroden 111, 112 hin und der Schweißprozess wird in Schritt 208 regulär fortgesetzt. If the rating size in step 205 If the threshold is not reached, this indicates that the electrodes have not been alloyed 111 . 112 and the welding process will be in step 208 regularly continued.

Claims

Method for resistance welding of workpieces ( 121 . 122 ) made of aluminum or aluminum alloys with a welding tongs ( 110 ), where electrodes ( 111 . 112 ) of the welding tongs ( 110 ) against a spot weld ( 125 ) of the workpieces ( 121 . 122 ) are pressed ( 201 ) and be energized with a welding current ( 203 ), whereby a force course ( 310 ) of an electrode force with which the electrodes ( 111 . 112 ) against the welding point ( 125 ) is detected ( 201 ) and from the recorded force curve an evaluation variable for the characterization of an alloy at the electrodes ( 111 . 112 ) is determined ( 204 ), wherein the evaluation variable is compared with a threshold value ( 205 ) and where a measure is taken ( 206 . 207 ) when the score reaches the threshold.

The method of claim 1, wherein when the score reaches the threshold ( 206 . 207 ), an alloy on the electrodes ( 111 . 112 ) is recognized.

The method of claim 1 or 2, wherein from the determined force curve, a difference between a first electrode force (F ₁ ) at a first time (t ₁ ) and a second electrode force (F ₂ ) at a second time (t ₂ ) is determined as the evaluation size ( 204 ).

Method according to claim 3, wherein the first time (t ₁ ) corresponds to a start of a current time, from which the electrodes ( 111 . 112 ) of the welding tongs ( 110 ) are energized with the welding current.

The method of claim 3 or 4, wherein a time interval (t) between the first time (t ₁ ) and the second time (t ₂ ) corresponds to a predetermined fraction of the current time.

Method according to one of claims 3 to 5, wherein the second time (t ₂ ) corresponds to a time at which the welding current reaches a predetermined value.

Method according to one of the preceding claims, wherein from the determined force curve, a difference between a maximum value of the electrode force and a minimum value of the electrode force within a predetermined time interval is determined as the evaluation variable.

Method according to one of the preceding claims, wherein the welding process is interrupted as a measure ( 206 ) and / or an error message is output ( 206 ) and / or the electrodes ( 111 . 112 ) getting cleaned ( 207 ).

Method according to one of the preceding claims, which is carried out in the course of a body shell.

Control unit ( 130 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims.

Welding machine ( 100 ) with a control unit ( 130 ) according to claim 10.

Computer program comprising a control unit ( 130 ) to perform a method according to one of claims 1 to 9, when it is on the control unit ( 103 ) is performed.

A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 12.