DE1966696C3

DE1966696C3 - Verfahren zum elektrischen Widerstand sabbrennstumpfschweißen

Info

Publication number: DE1966696C3
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: 1975-09-11
Also published as: GB1261269A; DE1966696B2; DE1966696A1

Description

Spannungen, die den ursprünglichen Abständen x_t und x_t der Geber 8 und 9 von den abzubrennenden Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände von den abzubrennenden Stirnseiten (*»—*,) proportional ,sind, ist an den Stellungsgeber 10 angeschlossen, s Die Eingänge von Multiplikatoren 19 und 20 sind mit den nrchtlinearen Gliedern IS »md 16 sowie mit den» Block 18 verbunden, ihre Ausgänge mit einem weiteren Summator 21.

Außerdem besitzt das Rechengerät 12 MultipU- "> katoren 22, 23 und 24 sowie ein nichtlineares Glied 25. Dei 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 23 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 Sumtnators21 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 7\i 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 ci.ien Leistungsgeber 30, dessen Eingänge mit den Meßgeräten 27 und 28 und dessen Ausgang mit einem Speicher 31 verbunden ist. Der Regler 29 besitzt einen /weiten 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 zwischen dem Pegel der Leistung N_v die in den zu schweißenden Erzeugnissen während des Abbrcnnvorganges entwickelt wird, und der Spcisei|iiellenleistung /v\, vorgegeben. Weiterhin werden folgende Parameter vorgegeben.

T₁ die Temperatur der Stirnseiten der zu schweißenden Werkstücke vor dem Stauchen,

T₁ die Temperatur der Querschnitte, deren Abstand voneinander dem optimalen Stauchmaß entspricht,

ΙΛ, die Sekundärspannung des Schweißtransformators (V),

v„ die anfängliche Abbrenrigeschwindigkeit
(mm/sek).

Die Temperatur T₁ der Querschnitte, deren Abstand gleich dem optimalen Stauchmaß ist, hängt von ⁶S 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 jw φη Stirnseiten der Schmelztemperatur entspricht,',' .'

Da die Temperaturverteilung während dess AJ>brennprozesses zu jedem beliebigen Zeitpunkt dem Exponentialgesetz

55 = T₃ e-**

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

T₁ = r,-e-**l
T₄ = T₃ -e-** 2

Zur Bestimmung des optimalen Stauchmaßes 1, das dem Abstand zwischen den Querschnitten mit der vorgegebenen Temperatur T₄ der zu schweißenden Werkstücke entspricht, kommt zum obengenannten Gleichungssyslem eine weitere hinzu. Folglich muß zur Bestimmung der Temperatur der abzubrennenden Stirnseiten und des optimalen Stauchmaßes während des Schweißprozesses das unten angeführte Gleichungssystcm mit drei Unbekannten in bezug auf T₃ und I ständig gelöst werden:

T = T · ρ ~* ²

¹ 4 ¹U ^e

Das Rechengerät 12 löst nach den eingegebenen Angaben, die es von den Gebern 8,9 und 10 während des 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 T., und 1 sind. Wenn die nach der Temperaturverteilungsfunktion ausgerechnete Temperatur T₁ an den Stirnseiten zahlenmäßig gleich der vorgegebenen Temperatur, z. B. der Schmelztemperatur des zu schweißenden Metalls, ist, erscheint am Folgeschieber 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_n verändert.

Vom Meßgerät 28 wird der Wert des Stromes im Primärkreis des Schweißtransformators gemessen und vom Meßgerät 27 die Spannung U₁ 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

N^ = I₁-K-U₂,

wobei

K der Transformationskoeffizient,
U₂ die Spannung an den zu schweißenden Werkstücken und

/, der Strom im Primärkreis des Schweißtransformators bedeutet.

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

Die Werte der Signale + AI₁ und ±AN_t gelangen in die logische Verknüpfungsschaltung 33, die in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Differenzen AN₁ und AI_x in Übereinstimmung mit nachstehenden Algorithmus das Signal zur Änderung der augenblicklichen Abbrenngeschwindigkeit ausgibt:

j IV _t<

ΔΪ >0 Al >0

II Δ N₁ < 0 ν = V₁ + A ν

AI <0v = v, + Jv

III AN₁X) V = V₁- Av

ΔΙ <0 ν = V₁-^Iv

wobei

ν augenblickliche Abbrenngeschwindigkeit,
V₁ vorhergehender Wert der Abbrenngeschwindigkeit,

Av die Größe der Abbrenngeschwindigkeitsänderung bedeutet.

Die aus dem Analogrechner kommenden Signale, die proportional T₃ und 1 sind und das Signal aus dem Extremwertregler {Δ v„) 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

ίο 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 der Schwei ßtransf ormator-Sekundärspannung ermittelt werden. Beim Übergang zum Schweißen von Werkstücken aus anderen Materialien müssen mit Hilfe der Einstellvorrichtungen die Temperatur T₃ der

Stirnseiten vor dem Stauchen und die Temperatur T₄ der Querschnitte, deren Abstand voneinander dem Stauchmaß entspricht, geändert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι ' ²

Größen wie der Netzspannung, der Stromfrequeoz,

Patentanspruch: der Reinigung der m schweißemderi Werkstücke, dem

Widerstand der Scbjweißvorrichtung und anderem ab.

Verfahren zum elektrischen Widerstandsstumpf- Zar Regelung des Abbrennprozesses auf den Extremschweißen von Werkstücken tlurch ununter- 5 wert der Leistung ist ek>e ständige Information, und brochenes Abbrennen und anschließendes Stau- zwar gleichzeitig über die beiden elektrischen Größen chen mit Regelung der Abbrenngeschwindigkeit — Zunahme der Leistung und des Stromes — not-. in Abhängigkeit von der Schweißleistung ukü wendig. Dabei geschieht die Änderung dsr Abbrennübergang vom Abbrennen auf Stauchen bei Er- geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einem Algoreichen einer durch Messung ermittelten Soll- io rithmus, der nachfolgend näher erläutert wird,
temperatur d.er Werkstücke, dadurch ge- Line Regelung der Abbrenngeschwindigkeit in Abkenn ζ e i ch η e t, daß die Abbrenngeschwindig- Bangigkeit vom Extremwert der elektrischen Leistung keit durch einen Vergleich der Änderung der in den Werkstücken bedingt weiterhin eine tempeelekirischen Leistung, die in den Werkstücken raturabhängige Einleitung des Stauchvorganges, weil entwickelt wird, und der Änderung des im Pri- »s eine weg- oder zeitabhängige Einleitung des Stauchmärkrcis des Schweißtninsformators der Ma- Vorganges bei einer derartigen Regelung zu einer unschine fließenden Strome*, so geregelt wird, daß tragbaren Streuung der Schweißergebnisse führen während des Abbrennvorganges der Extremwert würde. Dabei kann es zweckmäßig sein, eine bestimmte dieser Leistung aufrechterhalten wird. Soll-Temperatur vorzugeben und das Erreichen der

ao 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 opti-

Dic Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum male Stauchmaß für den nachfolgenden Stauchvorelektrischen Widerstandsstumpfschweißen von Werk- as gang errechnet.

stücken durch ununterbrochenes Abbrennen und an- Das erfmdungsgemäße Verfahren wird an Hand schließendes Stauchen mit Regelung det Abbrenn- eine», in der Zeichnung dargestellten Ausführungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Schweiß- beispleles einer Vorrichtung, die zur Durchführung leistung und Übergang vo.n Abbrennen auf Stauchen des Verfahrens geeignet ist, näher erläutert,
bei Erreichen einer durcli Messung ermittelten Soll- 30 Die Zeichnung zeigt ein gemischtes Geräte- und temperatur der Werkstücke. Blockschaltbild dieser Vorrichtung.

Bei einem solchen bekannten Verfahren (DT-PS Diese Vorrichtung enthält eine Schweißmaschine 1 489 012) erfolgt der Übergang vom Abbrennen auf und einen Regler des Abbrenn- und Stauchprozesses, das Stauchen beim Erreichen der Soll-Temperatur der zwei Kanäle besitzt. Die zu schweißenden Werkdv.'ch Umschaltung der Stellvorrichtung für die ver- 35 stücke 2 und 2' sind in einer festen Klemmvorrichschiebhare Klemmvorrichtung der verwendeten Ab- tung 3 bzw. in einer verschiebbaren Klemmvorrichbrennschweißmaschine mittels einer Meßlehre mit tung 4 eingespannt, welche auf einem Bett 5 der einem ihcrmomctrischcn ne'er kalorimetrischen Ge- Schweißmaschine 1 aufgesetzt sind. Die verschiebbare triebe, das der Einwirkung der Schweißwärme ausge- Klemmvorrichtung 4 wird durch eine Stellvorrichtung setzt ist. Da einerseits die Anbringung einer derartigen 40 verschoben, die als Hydraulikzylinder 6 mit Folge-Meßlehre in unmittelbarer Nähe der Schweißstelle schieber 7 gebaut ist.

offensichtlich /u Schwierigkeiten führen muß und an- Der erste Regelkanal enthält Temperaturgeber 8 dererseits die Tempcraturverteilung, die in den Werk- und 9, die in bestimmten Abständen X_x und x, von stücken sich während des Abbrennvorganges entlang den abzubrennenden Stirnseiten der zu schweißenden ihrer Achse stündig iindert, ist es nicht ohne weiteres 45 Erzeugnisse 2 und 2' angeordnet sind, wobei sich möglich, auf diese Weise die Temperatur für die Aus- diese Abstände während des Schmelzprozesses änlösung des Stauchschubes genau zu ermitteln. Es ist dem, einen Stellungsgeber 1(V für den Abstand der weiterhin bekannt, den Stauchvorgang in Abhängig- erwähnten Temperaturregler 8 und 9 von den wähkeit von der Stauchzeit oder der Stauchkraft zu be- rend des Pro/esses abzubrennenden Stirnseiten und enden (DT-AS 1 006 547). 50 einen Sollwerlgcberblock U für eine Temperatur T₁ Der Erfindung liegt, ausgehend von einem Verfah- der Querschnitte, deren Abstand voneinander gleich ren der eingangs genannten Gattung, die Aufgabe zu- dem Stauchmaß 1 ist. Die Geber 8 und 9 zum Messen gründe, den Abbrennvorgang mit dem geringstinög- der Temperaturen 7, und 7₂ in zwei Querschnitten liehen Zeitaufwand durchzuführen. Die Lösung be- mit den erwähnten Abständen Jt₁ und Jr₂ und der Sollsteht darin, daß crlindungsgemäß die Abbrennge- 55 wcrtgeberblock 11 für die Temperatur T₁ sind an die schwindigkeit durch einen Vergleich der Änderung Hingänge eines Rechengerätes 12 zum Bestimmen der <W elektrischen Leistung, die in den Werkstücken dauernd sich ändernden Werte einer Temperatur 7*., entwickelt wird, und der Änderung des im Primär- der abzubrennenden Stirnseiten und des Stauchkreis des Schweißtransformators der Maschine Hie- maßes I angeschlossen. Die Ausgange des Rcchenßenden Stromes so geregelt wird, daß während des 60 gerätes 12 sind an Umformer 13 und 14, die elek-Abbrennvorganges der Extremwert dieser Leistung trisehe Signale in mechanische umformen, und an den aufrechterhalten wird. tolgeschieber 7 der Stelleinrichtung zum Verschieben Im Unterschied zu bekannten Verfahren wird vor- der Werkstücke 2 und 2' angeschlossen. Das Rechenteilhaft die Abbrenngeschwindigkeitsänderung wäh- gerät 12, in der Zeichnung durch einen gestrichelten rend des Schmelzprozesses nicht vom Zustand einer 65 Block abgegrenzt, besitzt zwei nichtlineare Glieder IS vorgegebenen Größe abhängig gemacht. Der Extrem- und 16, deren Eingänge an den Teniperaturgeberh 8 wert der Leistung, die in den zu schweißenden Werk- und 9 und deren Ausgänge an den Summator 17 anstücken erzeugt wird, hängt von solchen zufälligen geschlossen sind. Der Eingang des Blockes 18 für die