DE1966696B2

DE1966696B2 - Verfahren zum elektrischen Widerstand sabbrennstumpfschweiBen

Info

Publication number: DE1966696B2
Application number: DE1966696*A
Authority: DE
Inventors: Alexandr S. Falkewiz; Wioleta P. Gusewa; Wadim P. Kriwonos; Wiktor S. Lawsiz; Nikolaj W. Podola
Original assignee: WSESOJUSNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ INSTITUT PO STROITELSTWU MAGISTRALNYCH TR
Current assignee: WSESOJUSNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ INSTITUT PO STROITELSTWU MAGISTRALNYCH TR
Priority date: 1969-06-11
Filing date: 1969-06-11
Publication date: 1975-02-06
Also published as: DE1966696C3; DE1966696A1; GB1261269A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrischen Widerstandsstumpfschweißen von Werkstücken durch ununterbrochenes Abbrennen und anschließendes Stauchen mit Regelung der Abbrenngeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Schweißleistung und Übergang vom Abbrennen auf Stauchen bei Erreichen einer durch Messung ermittelten Solltemperatur der Werkstücke.

Bei einem solchen bekannten Verfahren (DT-PS 489 012) erfolgt der Übergang vom Abbrennen auf das Stauchen beim Erreichen der Soll-Temperatur durch Umschaltung der Stellvorrichtung für die verschiebbare Klemmvorrichtung der verwendeten Abbrennschweißmaschine mittels einer Meßlehre mit einem thermometrischen oder kalorimetrischen Getriebe, das der Einwirkung der Schweißwärme ausgesetzt ist. Da einerseits die Anbringung einer derartigen Meßlehre in unmittelbarer Nähe der Schweißstelle offensichtlich zu Schwierigkeiten führen muß und andererseits die Temperaturverteilung, die in den Werkstücken sich während des Abbrennvorganges entlang ihrer Achse ständig ändert, ist es nicht ohne weiteres möglich, auf diese Weise die Temperatur für die Auslösung des Stauchschubes genau zu ermitteln. Es ist weiterhin bekannt, den Stauchvorgang in Abhängigkeit von der Stauchzeit oder der Stauchkraft zu beenden (DT-AS 1 006 547).

Der Erfindung liegt, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung, die Aufgabe zugrunde, den Abbrennvorgang mit dem geringstmöglichen Zeitaufwand durchzuführen. Die Lösung besteht darin, daß erfindungsgemäß die Abbrenngeschwindigkeit durch einen Vergleich der Änderung der elektrischen Leistung, die in den Werkstücken entwickelt wird, und der Änderung des im Primärkreis des Schweißtransformators der Maschine fließenden Stromes so geregelt wird, daß während des Abbrennvorganges der Extremwert dieser Leistung aufrechterhalten wird.

Im Unterschied zu bekannten Verfahren wird vorteilhaft die Abbrenngeschwindigkeitsänderung während des Schmelzprozesses nicht vom Zustand einer vorgegebenen Größe abhängig gemacht. Der Extremwert der Leistung, die in den zu schweißenden Werkstücken erzeugt wird, hängt von solchen zufälligen Größen wie der Netzspannung, der Stromfrequenz, der Reinigung der zu schweißenden Werkstücke, dem Widerstand der Schweißvorrichtung und anderem ab. Zur Regelung des Abbrennprozesses auf den Extremwert der Leistung ist eine ständige Information, und »war gleichzeitig über die beiden elektrischen Größen — Zunahme der Leistung und des Stromes — notwendig. Dabei geschieht die Änderung der Abbrenngeschwindigkeit in Übereinstimmung mit einem Algo-

rithmus, der nachfolgend näher erläutert wird.

Eine Regelung der Abbrenngeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Extremwert der elektrischen Leistung in den Werkstücken bedingt weiterhin eine temperaturabhängige Einleitung des Stauchvorganges, weil eine weg- oder zeitabhängige Einleitung des Stauchvorganges bei einer derartigen Regelung zu einer untragbaren Streuung der Schweißergebnisse führen würde. Dabei kann es zweckmäßig sein, eine bestimmte Soll-Temperatur vorzugeben und das Erreichen der

so Soll-Temperatur durch Errechnen der Ist-Temperatur der Stirnseiten der zu verschweißenden Werkstücke aus sich dauernd ändernden Temperaturwerten zweier Meßstellen zu ermitteln. Gleichzeitig wird das optimale Stauchmaß für den nachfolgenden Stauchvorgang errechnet.

Das erfiiidungsgemäße Verfahren wird an HanJ eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein gemischtes Geräte- und Blockschaltbild dieser Vorrichtung.

Diese Vorrichtung enthält eine Schweißmaschine 1 und einen Regler des Abbrenn- und Stauchprozesses, der zwei Kanäle besitzt. Die zu schweißenden Werkstücke 2 und 2' sind in einer festen Klemmvorrichtung 3 bzw. in einer verschiebbaren Klemmvorrichtung 4 eingespannt, welche auf einem Bett S der Schweißmaschine 1 aufgesetzt sind. Die verschiebbare Klemmvorrichtung 4 wird durch eine Stellvorrichtung

verschoben, die als Hydraulikzylinder 6 mit Folgeschieber 7 gebaut ist.

Der erste Regelkanal enthält Temperaturgeber 8 und 9, die in bestimmten Abständen X₁ und x₂ von den abzubrennenden Stirnseiten der zu schweißenden Erzeugnisse 2 und 2' angeordnet sind, wobei sich diese Abstände während des Schmelzprozesses ändern, einen Stellungsgeber 10 für den Abstand der erwähnten Temperaturregler 8 und 9 von den während des Prozesses abzubrennenden Stirnseiten und einen Sollwertgeberblock 11 für eine Temperatur T₄ der Querschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchmaß 1 ist. Die Geber 8 und 9 zum Messen der Temperaturen T₁ und T₂ in zwei Querschnitten mit den erwähnten Abständen Jt, und X₂ und der SoIlwertgeberblock 11 für die Temperatur T₄ sind an die Eingänge eines Rechengerätes 12 zum Bestimmen der dauernd sich ändernden Werte einer Temperatur T₃ der abzubrennenden Stirnseiten und des Stauchmaßes 1 angeschlossen. Die Ausgänge des Rechengerätes 12 sind an Umformer 13 und 14, die elektrische Signale in mechanische umformen, und an den Folgeschieber 7 der Stelleinrichtung zum Verschieben der Werkstücke 2 und 2' angeschlossen. Das Rechengerät 12, in der Zeichnung durch einen gestrichelten Block abgegrenzt, besitzt zwei nichtlineare Glieder 15 und 16, deren Eingänge an den Temperaturgebern 8 und 9 und deren Ausgänge an den Summator 17 angeschlossen sind. Der Eingang des Blockes 18 für die

Spannungen, die den ursprünglichen Abständen X₁ und X₂ der Geber 8 und 9 von den abzubrennenden Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände von den abzubrennenden Stirnseiten (X₂-Jc₁) proportional sind, ist an den Stellungsgeber 10 angeschlossen. Die Eingänge von Multiplikatoren 19 und 20 sind mit den nichtlinearen Gliedern 15 und 16 sowie mit dem Block 18 verbunden, ihre Ausgänge mit einem weiteren Summator 21.

Außerdem besitzt das Rechengerät 12 Multiplikatoren 22, 23 und 24 sowie ein nichtlineares Glied 25. Der Sollwertgeberblock 11 für die Temperatur der Querschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchmaß ist, ist am Eingang eines Summators 26 angeschlossen, dessen Ausgang am Eingang des Multiplikators IZ und dessen zweiter Eingang am Ausgang des Multiplikators 24 angeschlossen ist. Der Eingang des Multiplikators 22 ist mit den Ausgängen des Summators 17 und des Blockes 18 verbunden, während sein Ausgang am zweiten Eingang des Multiplikators 23 angeschlossen ist. Die Eingänge des Multiplikators 24 sind mit den Ausgängen des Summators 21 und des Blockes 18 verbunden, während sein Ausgang an einem Summator 26 und am nichtlinearen Glied 25 angeschlossen ist. Die Ausgänge des Multiplikators 23 und des nichtlinearen Gliedes 25 sind mit den Umformern 13 und 14 verbunden.

Der zweite Regelkanal des Reglers enthält Meßgeräte 27 und 28 für Spannung bzw. Strom und einen Regler 29 für den Extremwert der Leistung, die in den zu schweißenden Werkstücken 2 und 2' entwickelt wird. An die Eingänge des Reglers 29 sind die Meßgeräte 27 und 28 angeschlossen, während sein Ausgang mit den Umformern 13 und 14 verbunden ist, die auf die Stelleinrichtung 6 zum Verschieben der Erzeugnisse während des Schweißprozesses einwirken.

Der Regler 29 für den Extremwert der Leistung enthält einen Leistungsgeber 30, dessen Eingänge mit den Meßgeräten 27 und 28 und dessen Ausgang mit einem Speicher 31 verbunden ist. Der Regler 29 besitzt einen zweiten Speicher 32, dessen Eingang mit dem Meßgerät 28 verbunden ist, und eine logische Verknüpfungsschaltung 33. Beide Eingänge der Verknüpfungsschaltung sind mit den Ausgängen der Speicher 31 bzw. 32 verbunden. Ihr Ausgang ist an die Umformer 13 und 14 angeschlossen.

Die Vorrichtung hat folgende Wirkungsweise: Vor dem Beginn des Widerstandstumpfschweißens wird das Verhältnis zvischen dem Pegel der LeistungN₁, die in den zu schweißenden Erzeugnissen während des Abbrennvorganges entwickelt wird, und der Speisequellenleistung N₂ vorgegeben. Weiterhin werden folgende Parameter vorgegeben:

T₃ die Temperatur der Stirnseiten der zu schweißenden Werkstücke vor dem Stauchen,

T₄ die Temperatur der Querschnitte, deren Abstand voneinander dem optimalen Stauchmaß entspricht,

U₂ die Sekundärspannung des Schweißtransformators (V),

V₀ die anfängliche Abbrenngeschwindigkeit
(mm/sek).

Die Temperatur T₄ der Querschnitte, deren Abstand gleich dem optimalen Stauchmaß ist, hängt von den Eigenschaften des zu schweißenden Materials ab. Bei Kohlenstoff-Baustählen mit einer Schmelztemperatur von 1520⁰C liegt sie beispielsweise bei etwa 1100 bis 1150° C, wenn die Temperatur T₃ an den Stirnseiten der Schmelztemperatur entspricht.

Da die Temperaturverteilung während des Abbrennprozesses zu jedem beliebigen Zeitpunkt dem Exponentialgesetz

unterliegt, kann man beim Messen der Temperatur T₁ und T₂ an zwei Meßpunkten, die sich in verschiedenen und während des Abbrennprozesses zu messenden Abständen X₁ und x₂ von der Stirnseite befinden, die Temperatur der Stirnseiten T₃ bestimmen, indem man die beiden folgenden Gleichungen mit zwei Unbekannten löst:

T₂=T₃-*-** 2

Zur Bestimmimg des optimalen Stauchmaßes 1, das dem Abstand zwischen den Querschnitten mit der

ao vorgegebenen Temperatur T₄ der zu schweißenden Werkstücke entspricht, kommt zum obengenannten Gleichungssystem eine weitere hinzu. Folglich muß zur Bestimmung der Temperatur der abzubrennenden Stirnseiten und des optimalen Stauchmaßes während des Schweißprozesses das unten angeführte Gleichungssystem mit drei Unbekannten in bezug auf T₃ und 1 ständig gelöst werden:

₁ ^

T=T- e-"2 's ^c

T = T e~^fc^

Das Rechengerät 12 löst nach den eingegebenen Angaben, die es von den Gebern 8,9 und 10 während de& Abbrennprozesses erhält, ständig das System der obengenannten drei Gleichungen mit 3 Unbekannten. Resultate der Lösung des genannten Gleichungssystems mit Hilfe des Rechners sind Spannungen, die proportional T₃ und 1 sind. Wenn die nach der Temperaturverteilungsfunktion ausgerechnete Temperatur T₃ an den Stirnseiten zahlenmäßig gleich der vorgegebenen Temperatur, z. B. der Schmelztemperatur des zu schweißenden Metalls, ist, erscheint am Folgeschic-

♦5 ber 7 der Maschine über die Umformer 13 und 14 das Signal zur Durchführung des Stauchens. Dabei wird die Stauchgröße durch den Umformer 14 auf den Wert beschränkt, der gleich dem errechneten Wert 1 ist.

Nachfolgend bleibt noch zu erklären, wie bei der beschriebenen Vorrichtung der Abbrennprozeß abläuft oder wodurch sich der augenblickliche Wert der Abbrenngeschwindigkeit v„ verändert.

Vom Meßgerät 28 wird der Wert des Stromes im Primärkreis des Schweißtransformators gemessen und vom Meßgerät 27 die Spannung U₂ an den zu schweißenden Werkstücken.

Da die Leistung eine Funktion des Produktes aus Strom und Spannung ist, ist die in den zu schweißenden Werkstücken entwickelte Leistung gleich

₁ = I₁-K-U₂,

wobei

K der Transformationskoeffizient,

t/₂ die Spannung an den zu schweißenden Werkstücken und

I_x der Strom im Primärkreis des Schweißtransformators bedeutet.

Die Speicher 31 und 32 des Reglers 29 für die Extremwertregelung messen ständig die Differenzen AN₁ und AI₁.

Die Werte der Signale ±AI_X und ±AN_X gelangen in die logische Verknüpfungsschaltung 33, die in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Differenzen A N₁ und AI₁ in Übereinstimmung mit nachstehenden Algorithmus das Signal zur Änderung der augenblicklichen Abbrenngeschwindigkeit ausgibt:

I AN₁X) IV AN_t<0

AI >0 AI >0

II JiVj<0 v = V₁ + Av AI <0 v = V₁ + Av
III AN₁X) V = V₁-Jv

AI <0 V = V₁-Jv

ν augenblickliche Abbrenngeschwindigkeit,
v, vorhergehender Wert der Abbrenngeschwin-¹ digkeit!

A ν die Größe der Abbrenngeschwindigkeitsänderung bedeutet.

Die aus dem Analogrechner kommenden Signale, die proportional Γ, und 1 sind und das Signal aus as dem Extrer^wertregler (Jv_n) werden an den Umformer 13 weitergeleitet, der seinerseits den Umformer 14 steuert, der auf den Folgeschieber 7 der Schweißmaschine einwirkt.

Folglich wird sich die Abbrenngeschwindigkeit ständig in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Vorzeichens und der absoluten Größe der Zunahme der Leistung, die in den zu schweißenden Werkstükken erzeugt wird, und des Augenblickswertes und des Zeichens der Stromzunahme im Primärkreis des Schweißtransformators ändern. Dieser Prozeß wird so lange dauern, bis der errechnete Wert T₃ gleich dem vorgegebenen Wert, z. B. gleich der Schmelztemperatur der zu schweißenden Werkstücke, sein wird. Danach erfolgt das Stauchen entsprechend dem errechneten Wert 1.

Um rationelle Schweißbedingungen für bestimmte Werkstücke aufzusuchen, wird mit verschieden hohen Sekundärspannungen der Schweißmaschine oder auf verschiedenen Maschinen ohne Änderung der Regelparameter geschweißt. Dabei kann durch weniger Probeschweißungen die richtige Regelstufe dei Schweißtransformator-Sekundärspannung ermittelt werden. Beim Übergang zum Schweißen von Werkstücken aus anderen Materialien müssen mit Hilfe der Einstellvorrichtungen die Temperatur T₃ dei Stirnseiten vor dem Stauchen und die Temperatur T_A der Querschnitte, deren Abstand voneinander dem Stauchmaß entspricht, geändert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

19 66 6S6

Patentanspruch:

Verfahren zum elektrischen Widerstandsstumpfichweißen von Werkstücken durch ununterbrochenes Abbrennen und anschließendes Stauchen mit Regelung der Abbrenngeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Schweißleistung und Übergang vom Abbrennen auf Stauchen bei Erreichen einer durch Messung ermittelten Solltemperatur der Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbrenngeschwindigkeit durch einen Vergleich der Änderung der elektrischen Leistung, die in den Werkstücken entwickelt wird, und der Ändening des im Primärkreis des Schweißtransfonnators der Maschine fließenden Stromes so geregelt wird, daß während des Abbrennvorganges der Extremwert dieser Leistung aufrechterhalten wird.