DE2010878A1

DE2010878A1 - Punktschweißverfahren und zerstorungs freies Prüfverfahren fur Punktschweißver bindungen

Info

Publication number: DE2010878A1
Application number: DE19702010878
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl Ing 3180 Wolfs bürg Petzold
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1970-03-07
Filing date: 1970-03-07
Publication date: 1971-09-30
Also published as: DE2010878C3; US3746829A; DE2010878B2

Description

VOLKSWAGENWERK Aktiengesellschaft
518 V ο 1 f s b u r g
Unser Zeichen: K 894
1704-Hu/Ba¹

B e s ehr e i b u η g

Punktschweißverfahren und zerstörungsfreies Prüfverfahren für Punktschweißverbindungen

Bekanntlich wird die Güte einer Punktschweißverbindung einerseits von den schweißtechnischen Parametern Stromstärke, Schweißzeit sowie Elektrodenanpreßkraft und andererseits von den geometrischen Verhältnissen, wie Elek trodendurchmesser und Stärke der durch die Schweißung zu verbindenden Teile, bestimmt. Üblicherweise prüft man die Güte einer Punktschweißverbindung durch an der fertigen Schweißverbindung angestellte Untersuchungen, die eine Zerstörung der Schweißverbindung und damit des Werk stücks zur Folge haben. Solche Untersuchungen bestehen beispielsweise im Toreionsversuch, ScherZugversuch, Abrollversuch oder auch in der Anfertigung eines metallographischen Schliffes zur Ermittlung der Schweißlinsengröße.

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Derartige Untersuchungen haben natürlich den grundlegenden Nachteil, daß durch die Qualitätskontrolle das Werkstück selbst zerstört wird. Außerdem schließt eine solche nach der Herstellung der Schweißverbindung erfolgende Qualitätskontrolle einen derart rechtzeitigen Eingriff in den Produktionsablauf aus, daß durch Änderung beispielsweise der schweißtechnischen Parameter noch eine Verbesserung der gerade untersuchten Schweißverbindung erzielt werden kann.

Man ist daher bestrebt, PunktBchweißverbindungen bereits während des Schweißprozesses zu kontrollieren und damit eine nachträgliche Prüfung, gegebenenfalls auch eine zerstörungsfreie Prüfung nach Beendigung des Schweißverfahrene, durch diese Überwachung des Schweißprozesses überflüssig zu machen. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Punktschweißverfahren zu nennen, die die Elektrodenbewegung während des Schweißprozesses ausnutzen, eine Ultraschallprüfung beinhalten oder aber den Verlauf des elektrischen Widerstandes zwischen den Schweißelektroden in Ab-

^ hängigkeit von der Zeit zur fewinnung eines Krite

riums für die Güte der Schweißverbindung heranziehen.

Von dem letztgenannten Prinzip macht die Erfindung Gebrauch. Sie betrifft deegeaäß ein Punktschweißverfahren mit Gewinnung einer Steuer- oder Hegelgröße aus dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Widerstandes zwischen den Schweißelektroden. Während das aus einer Arbeit von MiIcke aus der Zeitschrift "Schweißen und Schneiden", 1967, Heft 4, bekannte Verfahren dieser Art den abfallenden Bereich des

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Widerstandsverlaufs erfaßt und in Abhängigkeit hiervon

die Schweißzeit ändert, ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient des ansteigenden Bereiches des Widerstandsverlaufes als. Steuer- oder Regelgröße gebildet und in Abhängigkeit von diesem Gradienten die der Schweißlinie bei konstant gehaltener Schweißzeit zugeführte elektrische Energie beeinflußt wird.*

Zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung gegenüber j

dem bekannten Verfahren ist es erforderlich, auf die -1

in den Figuren 1 und 2 wiedergegebenen Diagramme für den Verlauf des elektrischen Widerstandes R zwischen den Schweißelektroden in Abhängigkeit von der Zeit t einzugehen.

Betrachtet man zunächst den Widerstandsverlauf gemäß Figur 1, wie er beim Punktschweißen von Stahlblech auftritt, so hat man einen Bereich a, in dem der Widerstand von einem in erster Linie durch die Kontaktwiderstände gegebenen sehr hohen Widerstandswert absinkt auf einen-Minimalwert, während der Widerstand

nach anschließendem erneuten Ansteigen einen Maxi- ja

malwert A erreicht, nach dem er wiederum abfällt. Ein hier interessierender Punkt im Bereich des abfallenden Astes der Kurve ist mit B bezeichnet. Das bekannte, den Widerstandaverlauf ausnützende Schweißverfahren zeichnet sich nun dadurch aus, daß nur der zwischen den Punkten A und B liegende Bereich, das heißt ein Teil des abfallenden Kurvenastes, als Meßbereich b ausgenutzt wird.

Diese Wahl des Meßbereiches b kann auf Schwierigkeiten stoßen, wenn die zu verschweißenden Teile einen

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anderen Verlauf des elektrischen Widerstandes R über der Zeit t ergeben, wie dies in Figur 2 für den Fall eines beschichteten Blechs dargestellt ist. Vie unmittelbar aus der Kurve ersichtlich, hat man nach dem Maximum A während der Schweißzeit praktisch keinen abfallenden Ast mehr, der zur Durchführung der Messung ausgenutzt werden kann. Das bekannte Verfahren verlangt also einen charakteristischen Widerstandsverlauf gemäß Figur 1; außerdem muß die eigentliche Schweißzeit größer sein als der in Figur 1 mit a

W bezeichnete Zeitraum, in dem keine Messung erfolgen

kann, da dort der Kurvenverlauf durch äußere Größen, wie dan Kontaktwideretand, überwiegend bestimmt is*.

Weiterhin wird bei dem bekannten Verfahren in Abhängigkeit von dem Meßergebnis die Schweißzeit geregelt oder gesteuert, so daß das Schweißrerfahren als solches für frei veränderliche Schweißzeiten ausgelegt sein muß) feste Taktzeiten, wie sie bei automatisierten Anlagen bevorzugt werden, können also mit dem bekannten Verfahren nicht eingehalten werden.

Bar Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man die genannten Nachteile des bekannten Verfahrens - Beschränkung auf Materialien mit bestimmtem Wideret anda verlauf , veränderliche Schweißxeit - dadurch vermeiden kann, daß man speziell den Gradienten das ansteigenden Bereiche das Widerstandsverlaufe, also in Figur 2 den dem Abzissanbereich m zugeordneten ansteigenden Ast dar Kurve, zur Gewinnung eines Steuer- oder Regeleignale heranzieht. Dieser Gradient ist nämlich durch dia Größe dar der Schweißlinee

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zugeführt el Energie, die die Gute der Punktschweißung bestimmt, gegeben.

Bisher wurde die Erfindung als Punktschweißverfahren mit Gewinnung einer Steuer- oder Regelgröße bezeichnet. Man könnte ebenso gut auch von einem zerstörungsfreien Prüfverfahren für eine Punktschweißverbindung sprechen, bei dem der zeitliche Ablauf des elektrischen Widerstandes zwischen den Schweißelektroden als Kriterium für die Güte der Verbindung dient. Unter diesem Gesichtspunkt läßt sich die Erfindung dadurch kennzeichnen, daß der Gradient des ansteigenden Bereiches des Widerstandsverlaufes z.B. in der Weise als Kriterium für die Güte der Verbindung benutzt wird, daß in Abhängigkeit von diesem Gradienten die der Schweißlinse bei konstant gehaltener Schweißzeit zugeführte elektrische Energie beeinflußt wird.

Der Widerstandsverlauf kann, wie an sich bekannt, als Vorlauf der Spannung zwischen den Schweißelektroden bei bekannter Stromstärke ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, daß auch ein Verschleiß der Elektroden mit zunehmender Anzahl der hergestellten Schweißverbindungen bei der Steuerung oder Regelung der zugeführten Energie berücksichtigt wird. Dies wirkt sich nicht nur hinsichtlich der gleichbleibenden Güte der Schweißverbindungen aus, sondern auch hinsichtlich der Verlängerung der Lebensdauer der Schweißelektroden, und zwar insbesondere beim Verschweißen beschichteter Bleche.

Bei der bevorzugten Aueführungeform der Erfindung, die mit impulsförmigem Schweißstrom arbeitet, werden

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zur Gradientbildung zwei vorgegebene, durch Impulse des Schweißetromes hervorgerufene Widerstandsinpulse amplitudenmäßig miteinander verglichen. TJm Einflüsse infolge zufälliger Schwankungen im Viderstandsverlauf von einer Schweißung zur anderen aus dem Meßergebnis zu eliminieren, kann eine dadurch gekennzeichnete Weiterbildung der eben erläuterten Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft sein, daß zur Gradientbildung die Mittelwerte der Amplituden von zwei Mengen von vorgegebenen, durch Impulse des Schweißstromes hervorgerufenen Viderstandsimpulsen miteinander verglichen werden.

Man kann gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch eine fortlaufende Bestimmung, des Gradienten in der Weise vornehmen, daß man jeden Widerstandsimpuls amplitudenmäßig mit dem jeweils vorhergehenden vergleicht. Sann erhält man die Möglichkeit eines besonders raschen Eingriffs in den Schweißprozeß bei Störungen.

Wie an sich bekannt, wird man in der Regel die zugeführte elektrische Energie durch Änderung de» Phasenanschnitts des Schweißetromes beeinflussen. Grundsätzlich ist jedoch auch eine reine Stromamplitudenregelung oder -steuerung möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand des in Figur 5 wiedergegebenen Blockschemas für eine xur Durchführung des Verfahrene bestimmte Anordnung erläutert. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemißen Verfahrens ist daran zu sehen, daß an sich

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bekannte Baugruppen im Rahmen von Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens Anwendung finden können, so daß auf schaltungstechnische Einzelheiten hier nicht eingegangen zu werden braucht.

In Figur 3 sind mit 1 und 2 die beiden durch Punktschweißung miteinander zu verbindenfen Bleche bezeichnet. ,In der üblichen Anordnung liegen sie zwischen den beiden Schweißelektroden 5 und 4» die über den Schweißtransformator 5 mit Energie gespeist werden.

Zur Ermittlung des Gradienten des Widerstandsverlaufs zwischen den Elektroden 3 und 4 wird mittels der Meßleitungen 6 und 7 der Spannungsabfall an der eigentlichen Schweißstrecke erfaßt und der Meßeinrichtung θ zugeführt. Die Messung erfolgt zu ganz bestimmten Zeiten,, Da eich nämlich an der Meßstrecke dem Spannungsabfall, der dem zu ermittelnden Widerstand entspricht, eine durch die Induktion infolge der Stromimpulse erzeugte Induktionsspannung zu gewissen Zeiten überlagert, muß die Spannungsmessung während derjenigen Zeiten durchgeführt werden, in denen die Stromimpulse im Schweißstromkreis ihr Maximum haben, da dann der Absolutwert der Induktion gerade sein Minimum besitzt. Zu diesem Zweck wird über die induktive Einrichtung 9, der praktisch einen Rogowski - Gürtel darstellt, der Meßimpulserzeuger 1o angesteuert, der die Spannungsmeßeinrichtung 8 ·ο triggert, daß »ie nur den während der induktionsfreien Zeiten auftretenden Spannungsabfall mißt»

Der Ausgang der Spannungsmeßeinrichtung 8 ist mit

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dem Impulszählglied 11 verbunden. Bei dieser Einrichtung wird nämlich nicht anter Verwendung eines einzelnen Spannungsimpulses ein Widerstandswert gewonnen, sondern zwecks Ausschaltung τοη Störeinflüssen auf statistischem Vege der Mittelwert aus einer vorgegebenen, durch das Impulszählglied 11 bestimmten Menge τοη Impulsen gebildet*

Ub den Gradienten in Bereich des ansteigenden Kurvenverlaufs bilden zu können, ist es erforderlich, innerhalb des in Figur 2 mit ■ bezeichneten Meßbereichs zu zwei Zeitpunkten in dieser Weise eine Spannungsmessung durchzuführen* Man erhält dann zwei Mengen von Impulsen, die über jeweils eine der Leitungen 12 und 15 einem der Integrationsglieder 14 und 15 zugeführt werden. In diesen Integrationsgliedern wird der Mittelwert jeweils einer der Impulsmengen gebildet; in der differenzbildenden Einrichtung 16 werden diese beiden Mittelwerte miteinander verglichen, und die Differenz wird ihrerseits in der Einrichtung 17 »it dem Sollwert β für den Gradienten des Widerstandsverlaufs verglichen. Entsprechend der in der Einrichtung 17 ermittelten Differenz wird über den Verstärker 18 das Motorpotentiometer 19 zur Betätigung eines Stellgliedes angesteuert, das in diesem Ausführungsbeispiel das Strompotentiometer 20 zur Bestimmung des Phasenanschnitts des Schweißströmeβ so verstellt, daß Aie mit der Einrichtung 17 festgestellte Regelabweichung sum TerscbvJhden gebracht wird*

Grundsätzlich wäre es verständlicherweise auch möglich, statt eimer Verstellung eines Strompotentiome-

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ters in anderer Weis· auf Element· einzuwirken, die den Phasenanschnitt elektrisch bestimmen.

Wie aus der Beschreibung der Anlage nach figur 3 ersichtlich, müssen die Integrationaeinrichtungen H und 15 eine Speicherung der Mittelwerte vornehmen, bis die Differenzbildung in der Einrichtung 16 erfolgt ist. ■' - ■■: ■-".- v·;·- :-.:-..=:: :.·.-

Ein weiterer Vorteil de· erfinduhgsgeeäflen Terfahrens - *

ist darin au sehen, dafl es infolge Erfassung dee Wideratandaanstieges auch bei Kurzzeitschweißungen, bei denen durch hohe Strosstärke während kuraer Schweiß- > zeiten »ine ausreichende SchweiBlinie erzeugt wird,

Anwendung finden kann· s ■ · , » -■. '

Ba der Terlauf dee elektrieohen Widerstandes auch ν bei piteinander zu verschweißenden Teilen au· demselben Material statistischen Schwankungen unterliegt, ist es zweckmäßig, in der Vergleichseinrichtung 17 nicht einen Vergleich »it einem konkreten Sollwert s vorzunehmen, sondern einen be- M grenzten Sollwertbereich vorzusehen.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Ansprüche

1♦ JPunktschweißverfahren alt Gewinnung einer Steuer- oder Regelgröße aus dea seitlichen Verlauf des elektrischen Widerstandes zwischen den Schweißelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient des ansteigenden Bereiches des Viderstandsrerlaufes als Steuer- oder Regelgröße gebildet und in Abhängigkeit Ton diese« Gradienten die der SohweiSlinse bei konstant gehaltener Schweigzeit angeführte elektrische Energie beeinflußt wird.

2« Zerstörungsfreie» Prüfverfahren ftr eine PunktsohweÜTerliinduBg, bei de» 4er seitliche Terlauf de· elektrische» Widerstandes «wischen den Schweißelektroden als Kriterium für die Güte der Terbindung

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,._θ!. ORIGINALINSPECTED

dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient

des ansteigenden Bereiches des Widerstandererlau-

fes als Kriterium für die Güte der Verbindung benutzt wird.' '

3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dar Widefstandsrerlauf als Verlauf der Spannung zwischen den Schweißelektroden ermittelt wird. ,

4· Verfahren nach Anspruch J sit impulsförmigem Schweißstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gradientbildung zwei Torgegebene, durch Impulse des Schweißstromes hervorgerufene Widerstandsimpulse amplit'udenmäßig miteinander rerglichen werden.

5· Verfahren nach Anspruch 3 mit impuleförmigem Schweißstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gradientbildung die Mittelwerte dar Amplituden τοη zwei Mangan Ton Torgegebenen, durch I&pulse des Schweißstromes herTorgerufeneii Widerstandsimpulsen miteinander Terglichen werden. Λ

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte elektrische Energie durch !Änderung des Phasenanschnitts des Schweißstromes beeinflußt wird.

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