DE2035080B2

DE2035080B2 - Widerstandsschweißverfahren und Steuervorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE2035080B2
Application number: DE2035080A
Authority: DE
Inventors: P E Burton; D J Pasquire
Original assignee: Pressed Steel Fisher Ltd
Current assignee: Pressed Steel Fisher Ltd
Priority date: 1969-07-16
Filing date: 1970-07-15
Publication date: 1980-08-21
Also published as: DE2035080C3; NL7010452A; BE753568A; US3774006A; AR193023A1; DE2035080A1; ES410253A1; ES381804A1; SE375032B; FR2055217A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Widerstandsschweißverfahren, bei dem der Schweißstrom durch ein Werkstück mittels Elektroden hindurchgeführt die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes oder eine Funktion hiervon überwacht und der Schweißstromfluß für eine zusätzliche Zeit aufrechterhalten wird, nachdem die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem bekannten Widerstandsschweißverfahren der angegebenen Art (»Schweißen und Schneiden« 1967, Heft 4, S. 152-156) wird als Funktion des Widerstandsverlaufs zwischen den Elektroden die prozentuale Änderung des Widerstands überwacht und der Schweißstromfluß für eine zusätzliche Zeit aufrechterhalten, nachdem der Widerstand sein Maximum erreicht hat. Hierbei wird das Maximum des Widerstands festgestellt und die zusätzliche Schweißzeit beim Erreichen eines vorgegebenen Verhältnisses zwischen dem Momentanwert und dem Maximum des Widerstands beendet, indem nach Feststellung des maximalen Gesamtwiderstands die Schweißzeit entsprechend einem vorgegebenen, festen prozentualen Änderungswert des Widerstands gesteuert wird. Dabei ist man bestrebt, den Elektrodenwiderstand möglichst klein zu halten, um das Meßergebnis nicht zu verfälschen, aus welchem Grunde die Meßleitungen nahe den Elektrodenspitzen angebracht werden sollen.

Im praktischen Betireb, d. h. bei Produktions-Schweißmaschinen, läßt es sich jedoch in aller Regel nicht vermeiden, daß nicht allein der Widerstand des Werkstücks gemessen, sondern auch der Widerstand der Elektroden, der Elektrodenhalterung und der Elektrodenarme der Schweißvorrichtung in die Widerstandsüberwachung einbezogen wird. Hieraus folgt, daß beim Schweißen eines Werkstücks mit verhältnismäßig hohem Widerstand der Widerstand der Elektroden und Vorrichtungsteile einen verhältnismäßig kleinen Anteil bildet. Dieser Widerstandsanteil der Elektroden und Vorrichtungsteile kann jedoch eine beträchtliche Größe

ω in den Fällen erreichen, in denen Werkstücke mit geringem Widerstand geschweißt werden. Wenn daher in Ausübung des bekannten Verfahrens der vorgegebene, feste prozentuale Änderungswert des Widerstands bei einem Werkstück mit hohem Widerstand zu einer

<>5 ordnungsgemäßen Schweißung führt, so würde der gleiche Wert im Falle von Werkstücken mit geringem Widerstand zu einer zu langen Schweißzeit mit einem damit verbundenen zu tiefen Einsinken der Elektroden

in die Werkstückoberfläche führen. Um dies zu vermeiden, ist in Anwendung des bekannten Verfahrens bei unterschiedlichen Werkstücken in Abhängigkeit von deren Widerstandsverhalten der prozentuale Änderungswert des Widerstands zu ermittein bzw. vom Bedienungspersonal entsprechend einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Widerstandsschweißverfahren der angegebenen Art zu schaffen, mit dem sich befriedigende Schweißungen innerhalb eines Bereichs unterschiedlicher Werkstücke aus Flußstahl und ebenso bei Werkstücken aus anderem Material unter Bemessung der hierzu erforderlichen Schweißzeit erreichen lassen, ohne daß es erforderlich ist, entsprechend einem unterschiedlichen Widerstandsverhalten von Werkstücken die Bemessungsfaktoren unter entsprechender Neueinstellung einer für die Bemessung der Schweißzeit Verwendung findenden Steuervorrichtung zu verändern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der angegebenen Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die zusätzliche Schweißzeit als eine Funktion der Zeit errechnet wird, in der die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht Dieses Verfahren ist demnach unabhängig von einem Sollwert bzw. einem durch diesen vorgegebenen prozentualen Änderungswert des Widerstands; es resultiert aus einer ausgedehnten Untersuchung der Beziehungen zwischen Widerstandsveränderung, Ausdehnung, Schweißzeit und Festigkeit der Schweißung. Diese Untersuchung hat ergeben, daß bei Werkstücken aus Flußstahl ein angenähert empirisches Verhältnis zwischen der Schweißzeit, die für eine befriedigende Schweißung benötigt wird, und der Zeit, innerhalb welcher der elektrische Widerstand sein Maximum erreicht, oder — in den Fällen, in denen die über der Zeit aufgetragene Widerstandskurve keine eindeutig definierte Spitze erreicht — der Zeit besteht, in der die Kurve auf Null abfällt.

Zwar tritt auch bei einer in der erfindungsgemäßen Weise gesteuerten Schweißmaschine in deren praktischem Betrieb das Problem auf, daß auch der Widerstand der Elektroden, der Elektrodenhalterung etc. in die Widerstandsüberwachung einbezogen wird, bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise führt diese Einbeziehung von Teilen der Schweißmaschine in die Widerstandsüberwachung jedoch nicht zu den gleichen Nachteilen, wie sie bei der Ausübung des bekannten Verfahrens beobachtet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß nach der Erfindung nicht mit einem vorgegebenen prozentualen Änderungswert des Widerstands gearbeitet wird, sondern bei jedem Schweißvorgang die bis zum Erreichen des Maximums des Widerstands verflossene Zeit festgestellt und die Berechnung der zusätzlichen Schweißzeit jeweils als Funktion dieser Zeit vorgenommen wird. Die Teilen der Schweißmaschine zufallenden, festen Widerstandsanteile bewirken hierbei in jedem Einzelfall gleichsam nur eine Verschiebung der erhaltenen Werte, ohne in irgendeiner Weise die Berechnung der Schweißzeit nachteilig zu beeinflussen. &o

In einer bevorzugten Ausführungslorm der Erfindung ist die zusätzliche Zeit zusammengesetzt aus der Zeit, die zum Erreichen des vorbestimmten Wertes erforderlich ist, multipliziert mit einer vorbestimmten Konstanten, wobei das Produkt durch die Addition eines ts vorbestimmten Zeitwertes verändert wird. Typischerweise liegt die vorbestimmte Konstante in dem Bereich von 0.2 bis 3,5 und der vorbestimmte Zeitwert in dem Bereich von —100 bis +100 Millisekunden.

Die vorbestimmte Konstante und der vorbestimmte Zeitwert werden entsprechend den Abmessungen, der Beschaffenheit und dem Material des Werkstücks, d. h. der Werkstückart, gewählt, entsprechend welcher eine Grundeinstellung vorgenommen wird, die für die ganze Reihe der unter einer gegebenen Losnummer zusammengefaßten Werkstücke gilt, wie dies an sich übliche Praxis ist Es ist also nicht so, daß bei jedem unterschiedlichen Widerstandsverhalten eines Werkstücks oder Arbeitsteils eine Neueinstellung erfolgen muß. Bei der Erfindung geht es darum, Schweißungen gleichbleibend guter Qualität in einem in dieser Weise definierten Werkstück-Bereich zu erzeugen, indem insbesondere in diesem Bereich auftretende Maßabweichungen kompensiert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei der Bereich von Werkstücken, der mit einer gegebenen Grundeinstellung mit ordnungsgemäßen Schweißungen versehen werden kann, erheblich größer als im Falle der eingangs erläuterten bekannten Verfahrensweise, bei der der vorgegebene prozentuale Änderungswert den Bereich entsprechend einschränkt.

Zweckmäßig umfaßt das Verfahren das Ableiten einer Reihe von Signalen, die in proportionaler Beziehung zum Schweißwiderstand stehen, und ein Registrieren der Zeit in der die sukzessiven Signale anzeigen, daß das Maß der Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht hat.

In den meisten Fällen wird dieser vorbestimmte Wert der Änderungsgeschwindigkeit gewählt wenn die Änderungsgeschwindigkeit Null erreicht oder, mit anderen Worten, wenn der Widerstand sich seinem Spitzenwert nähert Ein akzeptierbarer Kompromiß ist zwischen der Festigkeit der Schweißung und der Schweißzeit anzustreben.

Die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehene Steuervorrichtung mit einem Schalter für ein Fließen des Schweißstroms, Mitteln für eine Überwachung des Schweißwiderstandes des Werkstücks oder einer heierauf bezogenen Funktion und einer Einrichtung, die anzeigt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstands oder die Funktion hiervon einen vorbestimmten Wert erreicht hat, ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Berechnen einer zusätzlichen Zeit (T!) für ein weiteres Fließen des Schweißstromes nach der Gleichung T, = T_p ■ A + B, wobei Tp der Wert für die Zeit ist, in der die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht, T, > T_p ist und A und B Konstanten sind, und durch Mittel zum öffnen des Schalters, wenn die Zeit (Tp + T₁) abgelaufen ist.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Berechnen der Zusatzzeit Einrichtungen für die Vorwahl des Wertes von B entsprechend den Abmessungen, der Beschaffenheit und dem Material des Werkstückes auf.

Vorteilhaft beträgt der Wert A etwa 2, kann jedoch im Bereich von 0,2 bis 3,5 liegen . Der Sert B beträgt etwa +40 Millisekunden (wobei T, und T_p in Millisekunden gemessen sind) oder liegt zumindest in dem Bereich von —100 bis +100 Millisekunden.

Es versteht sich, daß in den meisten Fällen die Steuervorrichtung Mittel erfordert, um Veränderungen der Netzspannung auszugleichen und sicherzustellen, daß ein Abfall in der Netzspannung keinen merkbaren Abfall in dem Schweißwiderstand bewirkt. Zweckmäßig ist die Steuervorrichtung so beschaffen, daß sie den Widerstand ieder Halboeriode des Stromflusses Driift.

und zwar nach einer anfänglichen Pause (»blanking« period), die von fester oder auch von variabler Dauer sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, in der eine Widerstandsschweiß-Steuervorrichtung schematisch in einem Blockdiagramm veranschaulicht ist.

Bei dem dargestellten Gerät ist die Steuervorrichtung einer als Ganzes mit 11 bezeichneten Widerstandsschweißvorrichtung zugeordnet. Ein Spannungssignal-Erzeuger 13 ist über die Schweißelektroden 12 geschaltet und kann ein der Spannung über das Werkstück proportionales Signal erzeugen. Ein Spannungssignal-Erzeuger 14 ist derart angeschlossen, daß er ein dem Schweißstrom proportionales Signal erzeugt.

Die Signalerzeuger 13 und 14 können eine Verstärkerstufe aufweisen, in welcher das Ausgangssignal zum Eingangssignal einstellbar ist.

Die Ausgänge der Signalerzeuger 13 und 14 sind an einen Widerstandssignal-Erzeuger 15 angeschlossen, welcher die Signale vergleicht und dadurch ein Ausgangssignal erzeugt, das in proportionalem Verhältnis zum Werkstückwiderstand steht. Der Ausgang des Widerstandssignal-Erzeugers 15 ist an einen Detektor 16 angeschlossen, der, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandssignals einen vorbestimmten Wert erreicht hat, arbeitet und ein Ausgangssignal zu einem Zeitgeber 17 abgibt.

Der Zeitgeber 17 ist mit einem nachstehend noch näher zu beschreibenden Zeitrechner 18 verbunden, welcher an ein Steuergerät 19 angeschlossen ist. Dieses dient zum öffnen des Schweißstromschalters 20, dem ein herkömmliches Schweißperioden-Steuergerät 21 zugeordnet ist. Das Steuergerät 21 ist seinerseits direkt mit dem Zeitgeber 17 verbunden.

Die Widerstandsschweiß-Steuervorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn eine Bedienungsperson durch Betätigung des herkömmlichen Schweißperioden-Steuergerätes 21 eine Schweißperiode startet, werden die Elektroden 12 in Kontakt mit dem Werkstück bewegt, um ein »Zusammendrücken« in bekannter Weise herbeizuführen. Das Schweißperioden-Steuergerät 21 schließt dann den zugehörigen Schweißstrom· schalter, damit Schweißstrom fließen kann, und startei ferner den Zeitgeber 17.

Die Signalerzeuger 13 und 14 geben ihre entspre chenden Signale zum Widerstandssignal-Erzeuger 15 welcher die Signale z. B. durch Abziehen voneinandei vergleicht und ain Ausgangssignal erzeugt, das in einen· proportionalen Verhältnis zum Schweißwiderstanc über das Werkstück steht. Dieses Signal wird von

ίο Detektor 16 überwacht, der, wenn die Widerstands-Än derungsgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wer¹ erreicht hat (geeigneterweise angenähert dem Maximal widerstand), arbeitet und dann ein Ausgangssignal ar den Zeitgeber 17 abgibt.

Der Zeitgeber 17 stellt die zur Erreichung de; vorbestimmten Wertes benötigte Zeit fest und gibi diese Information an den Zeitrechner 18.

Der Zeitrechner 18 errechnet dann die Zusatzzeit T₁ in der Schweißstrom fließen sollte, durch Multiplizierer der Zeit T_p (T, ist gleich oder größer als Tp) zui Erreichung der vorbestimmten Widerstands-Änderungsgeschwindigkeit mit dem vorbestimmten Multiplikand A, und addiert oder subtrahiert dann eine vorbestimmte Zeitkonstante B. Die Zeitkonstante £ liegt, wie oben ausgeführt, im Bereich von —100 bis +100 Millisekunden, ein Bereich, welcher den Nullwert von B einschließt.

Wenn die Zusatzzeit T, verstrichen ist, gibt der Zeitrechner 18 dem Steuergerät 19 ein Signal auf, der seinerseits unmittelbar den mit dem Steuergerät 21 für die Schweißperiode gekoppelten Schweißstromschalter 20 öffnet und dadurch die Schweißperiode beendet und den Zeitgeber 17 rückstellt.

In einem spezielleren Beispiel einer solchen Ausführang erzeugt der Zeitgeber 17 ein Spannungssignal welches der verstrichenen Zeit proportional ist. Wenn dann die vorbestimmte Widerstands-Änderungsgeschwindigkeit ermittelt wird, wird dieses Spannungssignal dem Zeitrechner 18 zugeführt, welcher eine dieser Spannung proportionale Verzögerang und eine festgelegte Verzögerang hervorruft, bevor er das Signal an das Steuergerät 19 weitergibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Widerstands-Schweißverfahren, bei dem der Schweißstrom durch ein Werkstück mittels Elektroden hindurchgeführt, die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes oder eine Funktion hiervon überwacht und der Schweißstromfluß für eine zusätzliche Zeit aufrechterhalten wird, nachdem die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes einen vorbestimmten Wert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schweißzeit als eine Funktion der Zeit errechnet wird, in der die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert der Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes Null beträgt und der Schweißwiderstand auf seinem Maximum liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die zusätzliche Zeit aus der Zeit gebildet wird, die zum Erreichen des vorbestimmten Wertes erforderlich ist multipliziert mit einer vorbestimmten Konstanten, und das Produkt durch Addition eines vorbestimmten Zeitwertes verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Konstante im Bereich von 0,2 bis 3,5 und der vorbestimmte Zeitwert im Bereich von —100 bis +100 Millisekunden liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der vorbestimmten Konstanten Eins beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zeitwert 40 Millisekunden beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, in der die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandes einen vorbestimmten Wert erreicht, von einer Reihe von Signalen abgeleitet wird, die dem Schweißwiderstand proportional sind, und daß die Zeit registriert wird, in der sukzessive Werte solcher Signale anzeigen, daß die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht hat.

8. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Schalter für ein Fließen des Schweißstroms, Mitteln für eine Überwachung des Schweißwiderstandes des Werkstückes oder einer hierauf bezogenen Funktion und einer Einrichtung, die anzeigt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandes oder die Funktion hiervon einen vorbestimmten Wert erreicht hat, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Berechnen einer zusätzlichen Zeit (T₁) für ein weiteres Fließen des Schweißstromes nach der Gleichung T₁ = Tp ■ A + B, wobei T_p der Wert für die Zeit ist, in der die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht, T₁ ä T_p ist und A und B Konstanten sind, und durch Mittel zum öffnen des Schalters, wenn die Zeit (T_n + T₁) abgelaufen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen der Zusatzzeit Einrichtungen für die Vorwahl des Wertes B entsprechend den Abmessungen, Beschaffenheit und dem Material des Werkstückes aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß der vorbestimmte Wert der Änderungsgeschwindigkeit Null und der Schweißwiderstand ein Maximum ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Wert A im Bereich von 0,2 bis 3,5 liegt

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Wert A Eins beträgt

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Wert B im Bereich von —100 bis +100 Millisekunden liegt

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert θ bei etwa +40 Millisekunden liegt