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VERFAHREN ZUR REGELUNG DER ABBRENNGESCHWINDIGKEIT VON SCHWEIS-
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TEILEN BEIM WIDERSTANDSTUMPFSCHWEISEN UND EINRICHTUNG ZUR AUS-FÜHRUNG
DESSELBEN Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Widerstandsstumpfschweißens
durch kontinuierliches Abbrennen, genauer auf ein Verfahren zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit
von Schweißteilen beim Widerstandsstumpfschweißen und eine Einrichtung zur Ausführung
dasselben. Die Einrichtung und das Regelungsverfahren können zur Steuerung der Abbrenngeschwindigkeit
beim gleichzeitigen widerstansschweißen von mindestens zwei Stößen mit großen Querschnitt,
vorwiegend unterschieldlichen Flächeninhalts, verwendet werden.
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Die gegenwärtig bestehenden Verfahren und Einrichtungen zur Regelung
der Abbrenngeschwindigkeit von Schweißteilen gestatten es, diesen Parameter beim
Schweißen nur einer Stoßstelle zu regeln.
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Das gleichzeitige Schweißen mehrerer Stöße wurde nur beim Schweißen
von Teilen mit geringem Querschnitt verwendet. Das Schweißen erfolgte in diesen
Fällen nach einem starren Steuerprogramm der Abbrenngeschwindigkeit,
deshalb
haben diese Anlage eine große Leistungsreserve (s. z.B. den UdSSR-Urheberschein
Nr. 174293 vom 23.6. 1965). Die Anwendung derartiger Einrichtungen zum gleichzeitigen
Schweißen mehrerer Stöße von großem Querschnitt ist wegen der zu großen Leistungen
praktisch unmöglich. Die Anwendung von Anlagen mit hoher Spannung beim Abbrebnnen
führt zur ungleichmäßigen Erhitzung der Stirnflächen der Schweißteile sowie zur
Bildung von tiefen Kratern an den Stirnfächen, was niedrige Qualität der Schweißverbindungen
bedingt.
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Die Erweitrung der Anwendungsgebiete des Widerstandsstumpfschweißens
erlordert die Schaffung neuer hocheffektiver Verfahren und Einrichtungen zur Steuerung
de4s Abbrennvorgangs, der eine stabile Erhitzung der Schweißteile und folglich eine
hohe Qualität der Schweißverbindungen gewährleistst. So ermöglicht z.B. beim Widerstandsstumpfschweißen
der Kurbelghäuse von Zylinderblöcken hochleistungsfähiger Dieselmotoren, wo gleichzeitig
fünf Stöße mit großem Querschnitt von etwa 50 000 mm² geschweißt werden müssen,
die Regelung der Abbrenngeschwindigkeit, die gleichzeitige Schweißung durchzuführen,
die Arbeitsproduktivität und die Produktions bedingungen zu erhöhen, die Qualität
der hergestellten Erzeugnisse zu verbessern.
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Bekannt sind Systeme zur starren Steuerung der Geschwindigkeit der
relativen Verschlebung der Teile boim Abbrenen nach einem in voraus gewählten Programm
(s. z.B. B.E. Paton, V.K. Lebedev "Elektroobormovante dla kontuknoisvarki" /Elektrische
Ausrüstung für die Widerstanddschweißung/, S. 215-216). Diese Systeme
reagiren
nicht auf eine Vielzahl von Störungen, die einen negativen Einfluß aut den Verlauf
des abbrennvorgangs ausüben, was zu Kurzschlüssen im Stoß und zum Auftreten von
Fehlstellen führt, die im weitern zur Zerstörung des Erzeugnisses führen.
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Die Anwendung eines Steuersystems, das die Änderung der Verschiebungsgeschwindigkeit
von Schweißstücken nach einem starren Programm gewährleistet, ist vorwiegend beim
Schweißen von dünnwandige Teilen geringe Querschnitte zweckmäßig, wenn das Abbrennen
mit einem großen Stabilitätsvorrat verläuft. Verschiedene Programme zur Änderung
der Abbrenngeschwindigkeit werden meist mit Hilfe von Kurvengetrieben vorgegeben.
Die Drehgeschwindigkeit des Kurvenkörpers und dessen Profil bestimmen die Abbrenngeschwindi0keit.
Dieses Verfahren zur Steuerung dar Abbrenngeschwindigks it ist einfach. Jedoch ist
es beim Schweißen von Teilen mit großem Querschnitt nicht anwendbar. Das Scghweißen
von verschiedenen Teier mit unterschiedlicher Vorbereitung der Stirnflächen wird
bei diesem Verfahren nock komplizierter, weil die auswahl des Schweißbetriebes,
d.h. der Abbrenngeschwindigkeit, eine Profiländerung der Kurve eriodert.
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Bekannt ist die Anwendung der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens
zur Steuerung der Abbrenngeschwindikeit von Schweißteilen, in denen Motoren-Beitrelais
verwendet sind.
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In diesem Fall erfolgt die Steuerung nach einem starren Programm,
das für geringe Querschnitte der Schweißteile anwendbar ist. Eine Erhöhung der Installierten
Leistung führt zur Bildung
von Fehlstellen, wie es vorstehend angegeben
wurde.
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Es ist ein Verfahren zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit von
Schweißteilen beim Widerstandsstumpfschweißen bekannt, das darin besteht, daß die
Abbrenngeschwindigkeit mittels eines Parameters geregelt wird, der im Schweißgebiet
gemessen ist (siehe z.B.- den UdSSR-Urheberschein Nr. 214685 vom 16.1.68).
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Bekannt ist eine Einrichtung zur Regelung der Abbranngeschwindigkeit
von Schweißteilen beim Widerstandsstumpfschweißen, dieeinen Schweißtransformator
enthält, dessen Sekundärwicklung in der unmittelbaren iiähe des zu schweißenden
stoßes angeordnet und an diesen angeschlossen ist, während die Primärwicklung an
eine Wechselstrom-Spannungsquelle angeschlossen und mit der Sekundärwicklung eines
Stromtransformators elektrisch verbunden ist, an welcher die Primärwicklung eines
Anpassungstransformators liegt, dessen Sekundärwicklung mit einer Vergleichseinheit
zum Vergleichen des laufenden Spannungswertes mit dem vorgegebenen elektrisch verbunden
ist, deren i ; an einen Antriebsmotor zur Verschiebung der Schweißteilen gelegt
ist (UdSSR-Erf. schein 192 309).
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Daserwähnte verfahren zur regelung der Abbrenngeschwindigkelt schließt
die Messung des bbrennstromes, dessen Umformung eine Gleich - spannung, Vergleich
mit der vorgegebenen Mipannung und Einwirkung der gewhonenen Abweichnungsgröße auf
die Abbrenngeschwindigkeit ein. ( Paton, Lebedev a.a.O., S. 220 bis 224).
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JJle Arbeit der Einrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens
beruht auf arem Vergleich von zwei Spannungen: der Spannung,
die
dem zusässligen Meßbereich des Abbtrennstromes proportional ist, und der Spannung,
die dem laufenden Wert des Abbrennstromes proportional ist.
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Die Einrichtung zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit von Schweißteilen
beim widerstandsstumpfschweißen gestattet es, Erzeugnisse von großem Quarschnitt
zu schweißen. Hierbei wird eine hohe Qualität der Schweißverbindung gewährleistet.
Außerdem gestattet es das erwähnte Verfahren, Teile aus verschiedenen Metallen und
Legierungen zu Schweißen, beispielsweise aus Titan- und Aluminiumlagierungen und
Stählen. Jedoch erlaubt das erwähnte Verfahren es nicht, gleichzeitig mehrere Stöße
großen Flächeninhalts zu schweißen. Außerdem gewährleistet das Steuerungssystem
fordierte beseitigung von Spielen und @@@ Unempfindlichkeitszonen nicht.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren zur
Regelung der Abbrenngeschwindigkeit von Schweißteilen beim Widerstandsstumpfschweißen
glaichzeitig mehrere Stöße und eine Einrichtung zur Ausführung desselben zu entwickeln,
die eine fordierte Beseitigung von Spielen und Unempfindlichkeitszonen der Anlagen
mit kompliziert Kinematik gewärleisten sowie die Stabilität des Regelungsvorgangs
erhöhen würde.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelödt, daß im Verfahren zur Regelung
der Abbrenngeschwindigkeit von Schweißteilen beim Widerstandsstumpfschweißen, welches
darin besteht, daß die Abbrenngeschwindigkeit mittels eines Parataeters geregelt
wird, der im
Schweißgebilet gemessen ist, erfindungsgemäß die Dichtewerte
der Abbrenngströme midestens an zwei Stoßtellen der Schweißteile gemessen, werden
diese werte in Gleichstomspannungen umgesetzt und die maximale Gleichstromspannungsgröße
abgetrennt werden, die dann mit der vorgebenen Gleichchstromspannung verglichen
wird, wobei die gewonnene Abbeichnungsgröße als Parametr dient, mit dessen Hilfe
die Abhrenngeschwindigkeit geregelt wird.
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Zweckmäßigerweise wird die Ableitung der maximalen Gleichstromspammunungsgrößernach
der Zeit zusätzlich bestimmt, die dann auf die Abbrenngeschwindigkeit gleichzeitig
mit der Abwelchnungsgröße einwirkt.
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Die gestellte Aufgabe wird ferner dadurch gelöst,daß in der Einrichtung
zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit von Schweißteilen beim Widerstandsstumpfschweißen,
die einen Schweißtransformator enthält, dessen Sekundärwicklung in der unmittlebaren
Nähe des zu schweißende Stoßes angeordnet und an diesen angschlossen ist, während
die primärwicklung an eine Wechselstromspannungsquelle angeschlossen und mit der
Sekundärwicklung eines Stromtransformators elektrisch verbunden ist, an die Primärwicklung
eines Anpassungstransformatores angeschlossen ist, dessn Sekundärwicklung mit eine
Vergleichsschaltung zum Vergleichen des laufenden Spannungswertes mit dem vorgegebenen
elektrisch verbunden ist, deren ausgang an einen Antriebsmotor zur Verschiebung
von Schweißteilen gelegt ist, erfindungsgemäß die elektrische Verbindung der Sekundärwicklung
des Anpassungstransformators mit der
Vergleichsschaltung zum vergleichen
des laufenden Spannungswertes mit dem vorgegebenen durch eien in Reihe geschaltete
Schaltung zur Umeinen formung des Abbrennstromes in die Stromdichte und Detektor
des größten Signal hergestellt ist, der eine Scahltung zur Umformung der Stromdichte
in die Gleichstromspannung enthält, wobei mindestens ein zusätzlicher Kreis von,
in Reihe geschaltet, einem Schweißtransformator, dessen Sekundärwicklung an den
anderen zu schweißenden Stoß, dessen Primärwicklung aber an die erwähnte wechselstromquelle
angeschlossen ist, einem Stromtransformator, einem Anpassungstransformator, einer
Schaltung zur Umformung des Abbtrennstroes in die Stromdichte vorhanden ist, deren
Ausgang an den Eingang der Schaltung zur Umformung des Stromdichte in die Gleichstromspannung
angeschlossen ist, die zum Schema des Detektors des größten Signale gehört und mit
der Hauptschaltung zur Umformung der Stromdichte in die Gleichstromspannung elektrisch
verbunden ist, wobei die Zahl durch die Zahl der schwei ßenden Stöße bestimmt ist.
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Zweckmäßigerwise enthält die Einrichtung ein Diferenziert glied,
dessen Eingang an den Ausgang des Detektors des maximalen Signals angeschlossen
ist, während der Ausgang desselben an den zweiten Eingang der Vergleichsschaltung
zum Vergleichen des laufenden Spannungswertes mit dem vorgegebenen angeschlossen
ist.
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Die Anwendung des entwickelten Verfahrens und der Einrichtung zur
Regelung der Abbrengeschwindigkeit erlaubt es, das gleichzeitige widerstandsschweißen
von Erzeugnissen mit mehreren
Stößen von großen Querschnitt und
unterschiedlichem Flächeninhalt durchzuführen. Dank der Einführung dieser neuen
Schweißtechnologie für Kurbelgehäuse der Zylinderblöcke hochleistungsfähiger Dieselmotoren
wurden die lierstellungskosten der Kurbelgehäuse gegenüber dem sonst angewendeten
Lichtbogenhandschweißen ums 18 fache vermindert, die Arbeitsproduktivität aber wurde
mehr als ums 70 fache gesteigert. Das vorgegebens Programm zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit,
das automatisch abläuft, gewährleistet eine hohe Qualität der geschweißten Erzeugnisse.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem konkreten Ausführungsbeispiel
derselben unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen
zeigt: Fig. 1 elektrische Prinzipschaltung zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit
beim Schweißen von fünf Stößen, gemäß der Erfindung; Fig. 2 Anschlußvariante der
Sekundäwicklung das Schweißtransformators an zwei nahe liegende Stöße des Schweißstücks,
gemäß der Erfindung; Fig. 3 statische Kannlinie der Abhängigkeit der Spannung U1
am Amplidynehausgang vom strom I1 der durch die Steuerwicklung der Amplidyne fließt,
welche an die Vergleichgschaltung der voreschlagenen Einrichtung angeschlossen ist,
gemäß der Erfindung.
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Die Einrichtung zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit von Schweißteilen
beim widerstandsstumpfschweißen in der beschriebenen Variante enthält fünf Schweißtransformatoren
1 (Fig. 1) je nach
Zahl der zu schweißenden Stöße. Die Sekundärwicklung
2 eines jeden Schweißtransformators 1 befindet sich in der unmittelbaren Nähe des
zu schweißenden Stoßes 3 und ist an zwei Teile 4 und 5 des entsprechenden Schweißstücks
angeschlossen.
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Es ist eine Ausführungsvariante möglich, wenn ein Schweißtransformator
1 für zwei zu schweißende Stöße 6 (Fig. 2) und 7 verwendet wird. Dies ist in dem
Falle möglich, wenn der Querschnitt der zu schweißenden Stöße 6 und 7 nicht roß
ist und sie nahe aneinander en.
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Die Primärwicklung 8 (Fig. 1) eines jeden Schweißtransformators 1
ist an eine wechselstromquelle 9 angeschlossen.
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Die Einrichtung enthält ferner fünf Stromtransformatoren 10 je nach
Zahl der Schweißtransformatoren 1.
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Als Primärwicklung 11 eine jeden Stromtransformators 10 tritt der
Anschlußdraht des Schweißtransformators 1 an die Wechselstromquelle 9 auf. Die Sekundärwicklungen
12 der btromtransformatoren 10 sind an Primärwicklungen 13 eines zugehörigen Anpassungstransformators
14 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 15 eines jeden Anpassungstransformators 14
ist an einen Anpaßwiderstand 16 mit beweglichen Stromabnehmer 17 angeschlossen.
Die Lage des beweglichen Stromabnehmers 17 wird entsprechend dem Querschnitt des
zu schweißenden stoßes 3 eingestellt.
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Der Anpaßwiderstand 16 mit dem beweglichen Stromabnehmer 17 bildet
eine Schaltung zur Umformung des Abbrennstromes in die Stromdichte.
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Der Ausgang 18 des Anpaßwiderstandes 16 und der bewegliche Stromabnehmer
17 sind an Klemmen 19 und 20 der Eingungsdiagonale einer Einphassengleichrichterbrücke
21 angeschlossen. Die Gleichrichterbrücks 21 stellt eines Schaltung zur Unformung
der Stromdichte in eine Gleichstromspannung der. Die Zahl der Gleichrichterbrücken
21 wird im allgemeinen Fall durch die Zahl der Schweißtransformatoren 1 bestimmt.
Die Gesamtheit der Gleichrichterbrücken 21 bildet einen Detektor 22 des größten
Signals.
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Im allgemeinen Fall wird die Zahl der Eingängs des Detektors 22 des
größten Signals von der Zahl der Schweißtransformatoren 1 bestimmt.
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Ein Ausgang 23 des Detektors 22 des größten Signals ist über einen
Wiederstand 24 an einen Eingang 25 eines Spannungsverstärkers 26 angeschlossen.
An den zweiten Eingang 27 des Spannungsverstärkers 26 ist ein Ausgang 28 des Detektors
22 des größten Signals angeschlossen.
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In der beschriebenen Variante dient als Spannungsverstärker 26 ein
Operations-Gleichstromverstärker, der nach einem bekannten Schema ausgeführt und
durch eine Gegenkopplung mittels eines wiederstandes 29 geschlossen ist.
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Als Belastung für Ausgänge 30 und 31 des Spannungsverstärkers 26
ist ein Lastwiderstand j2 angeschlossen. Der Lastwiderstand 32 bildet einen in Keihs
geschlossenen Kreis mit einem Widerstand 33, der gleichzeitig an eine Quelle 34
der vorgegebenen Spannung U0 angeschlossen ist, und seiner Steuerwicklung 35 einer
Amplidyns
36. Dieser Kreis stellt eine Vergleichsschaltung zum
Vergleichen des laufenden Spannungswertes mit dem vorgegebenen dar. An Ausgängen
37 und 38 der Amplydyns 36 ist ein Antriebsmotor 39 zur Verschiebung derzu schweißenden
Teile angeschlossen. Eine Wicklung 40 stellt die Dremderregerwicklung des Elektromotors
39 dar.
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An die Ausgänge 37 und 38 der Amplidyns 36 ist als Gagenkopplung
ein Pearallel-Serienkreis 41 angeschlossen, der einen Wiederstand 42, ein Ventil
43, eine Steuerwicklung 44 für die Amplidyne 36 sowie einen Wiederstand 45 enthält.
Die Anschlußpolarität des Ventils 43 ist von der Polarität der Spannung an den Ausgängen
37 und 38 der Amplidyns 36 bestimmt. Als Ergebnis besitzt die Amplidyne 36, die
durch den die nichtlineare Gegenkopplung darstellenden Kreis 41 geschlossen ist,
eine statische Kennlinie, die in Fig. 3 dargestellt ist. Die Kennlinie ist flach,
und zwar im Teil I in Richtung der Annäherung der Schweißteile 4 und 5, und steil,
und zwar im Teil II in Richtung der Auseinanderführung der Schweißteile 4 und 5.
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Parallel zum Wiederstand 24 ist ein Kondensator 46 geschaltet, der
das Differenierglied des maximalen Signals darstellt.
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Die Arbeit der beschriebenden Einrichtung zur Regelung der Abbrenngeschwindigkeit
von Schweißteilen beim Wiederstandsstumpfschweißen besteht im folgendem.
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Die zu schweißenden Teile 4 und 5 des Schweißstücks werden in der
Schweißmaschine auf solche weise angeordnet, daß zwischen den zu schweißenden Oberflächen
der Teile 4 und 5 ein gewisser bpEt bleibt.
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Es wird eine Speisespannung dem Verstärker 26, der Erregerwicklung
40 des Antriebsmotors 39 zur Verschiebung der Schweißteile 4 uund 5 des Antriebs
der Amplidyne 36 zugeführt.
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Die Wedhselstromspannung U wird den Primärwicklungen 8 der Schweißtransformatoren
1 zugeführt. Als Ergebnis werden Abbrennkreise je nach Zahl der Schweißtransformatoren
1 gebildet. Dem wiederstand 35 die vorgegebens Sapnnung U0 zugeführt, die das Analegen
der voegegeben Abbrennstromdichte dargestellt.
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Durch die Steuerwicklung 35 der Amplidyne 36 wird ein Strom fließen,
der der Spannung U0 proportional ist. An der Ausgängen 37 und 38 der Amplidyne 36
wird eine Spannung erscheinen, deren Größe von der Größe des an deren Eingang ankommenden
Signals und des Rückkopplungsfaktors der Amplidyne 36 bestimmt ist.
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Der ankor (in der Zeichnung nicht abgebildet) des Antriebsmotors 39
wird Angespeist. Die Teile 4 und 5 des Schweißstücks werden sich annähern.
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Solange die Teile 4 und 5 des Schweißstücks nicht miteinander kontaktieren,
ist der Steuerkreis geöffnet, und das Signal U0 stellt deshalb die Große dar, die
die Annäherungsgeschwindigkeit der Teile 4 und 5 bestimmt.
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Beim Kontaktieren der Teile 4 und 5 des Schweißstücks entsteht in
jedem der fünf Stöge 3, beispielsweise im ersten, der Strom im Abbrennkreis und
in der Primärwicklung 8 des vchwelßtrensformators 1. an der Sekundärwicklung 12
das Stromtransformators 10 erscheicht ein Signal, das durch den Anpassungstransformator
14
läuft und in den Anpaßwiderstand 16 gelangt.
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Da der Anpaßwiederstand 16 auf einen vorgegeben Querschnitt des Stoßes
3 eingestellt ist, erscheint am wiederstand 16 eine Spannung , die der Abbrennstromdichte
proportional ist.
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Wenn die Schweißteile in Mehrere oder in allen fünf Stößen 3 kontaktieren,
so erscheinen an den entsprechenden Anpaßwiderständen 16 Spannungen, die den Abbrennstromdichten
in den stößen 3 proportional sind.
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Diese Spannungen gelangen in die Gleichrichterbrücken 21 des Detektors
22 des größten Signals, wo die in Gleichstromspannungen umgeformt werden. Entsprechend
der größten der Dichte des Abbrennstromes, der in einem beliebigen der blöße 3 entstanden
ist, wird an einer der Gleichrichterbrücken 21 der größte Gleichstromspannung algetrennt.
Diese Spannung sperrt alle übrigen Gleichrichterbrüchen 21 der Detektors 22 des
größten Signals und gelangt an der Ringänge 25 und 27 des Spannungsverstärkers 26
über den Widerstand 24 ad das Differenzierglied 46.
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Auf diese weise erscheint am wiederstand 32 des Spannungsverstärkers
26 eine Spannung, die der Summe der größten Abbrennstromdichte in einem der Stöße
3 und der Ableitung dieser größten Abbrennstromdichte nach der Zeit proportional
ist.
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Die Spannung am Wiederstand 32 des Verstärkers 26 ist bezüglich der
Spannung U0 der vorgegeben Stromdichte im Kreis der Steuerwicklung 35 der Amplidyns
36 gegengeschaltet. Deshalb ist der Strom durch die wickung 35 der Differenz der
vorgegebenen und
der größten Laufenden Abbrennstromdichte proportional.
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Wenn die Laufende Abbrennstromdichte die vorgegebene übersteigt,
so ändert sich die Spannungspolarität am Ausgang der Amplydins, und der Antriebsmotor
39 führt die Teile 4 und 5 des Schweißstücks auseinander. Hierbei geht dies schnell
vonstatten, da in der Umkahrrichtung die Amplydine 36 mittels eines geringen Gekenkopplungsfaktors
geschlossen ist.
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Die im Steuergesetz, vorhandene zeitliche Ableitung von der größten
Abbrennstromdichte erhöht die dynamische Stabilität des Schweißvorganges.
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die Anwendung der Einrichtung zur Regelung der Anschmetzgeschwindigkeit
von Schweißteilen beim Wiederstandsstumpschweißen gestattet es, gleichzeitige Wiederstandsschweißung
der Schweißstücks mit mehreren Stögen von großem Querschnitt und unterschiedlichen
Flächeninhalt durchzuführen. Da die Hergestellungskosten gegenüber dem Lichtbogenhandschweißen
ums 18fache verringert werden, während die Arbeitsproduktivität ums 70fachs steigt,
wird auch die Qualität der geschweißten Erzeugnisse verbessert.