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Einrichtung zur Überwachung der Schweißdaten
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung
der Schweißdaten, wie Schweißstromstärke, Lichtbogenspannung, Schweißgeschwindigkeit,
Temperatur und dergleichen beim Lichtbogenschweißen, mit einer Meßvorrichtung für
die Erfassung des jeweiligen Istwertes, einer Anzeigevorrichtung für die Istwertgröße,
Einstellorganen für Maximal-bzw.Minimalsollwerte sowie einer Vergleichsvorrichtung
zum Vergleich der vorgewählten Maximal- bzw. Minimalsollwerte mit dem Istwert.
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Mit diesem Oberbegriff wird auf Schweißdaten-Überwachungsgeräte bezug
genommen, wie sie beispielsweise in der Firmenzeitschrift der Messer Griesheim GmbH
Trennen und Fügen" Heft 5, Ausgabe September 1976, Seite 78 bis 82 beschrieben sind.
Wie aus dieser Firmenzeitschrift zu entnehmen ist, hängt die Güte einer Schweißverbindung
oder einer Plattierung von zahlreichen Faktoren ab.
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Grundwerkstoffeingenschaften, Wärmeführung, Zusatzwerkstoffe und Hilfsstoffe,
Nahtform, Nahtposition am Bauteil und Schweißdaten sind dabei die wesentlichen Bedingungen,
die die mechanischen Eigenschaften einer Verbindung oder die Korrosionsbeständigkeit
einer Plattierung beeinflussen.
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Die meisten Einflußfaktoren, z.B. Bedingungen, die den Grundwerkstoff
oder die Zusatzwerkstoffe betreffen, sind bereits vor dem Schweißvorgang kontrollierbar.
Damit ist eine erste Sicherheit für gleichbleibende Güte in der Schweißfertigung
gegeben. Ein weiterter, noch wesentlicherer Beitrag zur Gütesicherung ist vorhanden,
wenn reproduzierbare Prozeßgrößen, die vorher in einer Verfahrensprüfung als geeignet
ermittelt wurden, auch bei der Schweißdurchführung in sinnvollen Toleranzen eingehalten
werden.
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Maßgebliche Einflußgrößen jeden Lichtbogenschweißprozeßes sind Schweißstromstärke,
Lichtbogenspannung, Vorschubgeschwindigkeit (Schweißgeschwindigkeit) und Temperaturführung
während des Schweißens. Insbesondere beim Unterpulverschweißen beeinflussen diese
Parameter nicht nur Einbrand, Aufmischung mit dem Grundwerkstoff, Gefügeausbildung
in der Übergangszone und Oberfläche der Schweißraupe, sondern sind auch entscheidend
für den Zu- oder Abbrand von Legierungselementen aus dem Schweißpulver.
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In der Mehrzahl der Fälle reichen nun die Meßinstrumente der Steuerung
oder Stromquelle aus, um die in den Vorprüfungen gefundenen Schweißparameter auch
während der Fertigung mit ausreichender Genauigkeit zu überwachen. Bei Schweißaufgaben,
die einer gesonderten Abnahme unterliegen, wie z.B. in der Rohrfertigung oder im
Reaktorbau, werden vorteilhaft die eingangs beschriebenen Schweißdatenüberwachungsgeräte
eingesetzt, um die Einhaltung der kritischen Einflußgrößen zu kontrollieren und
eventuelle Abweichungen vom Sollwert anzuzeigen, bzw. dieser oder die korrekte Einhaltung
aller Einflußgrößen zu dokumentieren.
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Dabei wird bei den bisher bekanntgewordenen Geräten ein einziger Minimal
ein i sollwert und ein maximalsollwert eingestellt. Beim Überschreiten-bzw. Unterschreiten
des Sollwertes wird dann ein optisches oder akustisches Signal abgegeben,aufgrund
dessen die Bedienungsperson des Schweißgerätes entsprechende Vorkehrungen treffen
kann. So ist es beispielsweise möglich, daß der Minimal- bzw. der Maximalsollwert
in einen derartigen Toleranzbereich gewählt wurde, daß bei der Anzeige einer Über-
bzw. Unterschreitung,der Bedienungsmann durch Veränderung der Schweißparameter versuchen
kann den zu überwachenden Schweißparameter wieder innerhalb die gewählte Toleranzgrenze
zu fahren.
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Dabei ist es jedoch insbesondere im Reaktorbau Pflicht, daß mit Überschreitung
oder Unterschreitung der Toleranzgrenzen die erfolgenden Abweichungen dokumentiert
werden und bis zum Wiedereinregeln in den vorgewählten Toleranzbereich eireentsprechende
Dokumentation beispielsweise mittels eines Schreibers erfolgt. Anhand dieser Dokumentation
kann dann im Nachhinein geprüft werden, ob an der entsprechenden Stelle besondere
Untersuchungen der Schweißnaht beispielsweise Röntgen odgl. erforderlich sind oder
ob diese zusätzlichen Maßnahmen deshalb entfallen können, weil in kürzester Zeit
eine Zurückregelung in den gewünschten Toleranzbereich er-( folgt ist. Zum anderen
bietet die Einstellung von einem Minimal- bzw.
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einem Maximalsollwert auch die Möglichkeit äußere Toleranzgrenzen
festzulegen,bei deren Überschreitung die gesamte Anlage sofort abgeschaltet werden
muß um schwerwiegende Schweißfehler und Störungen zu vermeiden. Somit muß also vor
Beginn eines entsprechenden Schweiß-und Überwachungsvorganges die Bedienungsperson
entscheiden in welchen Toleranzgrenzen gearbeitet werden muß, ob in engeren, in
denen noch eine Regelung möglich ist, oder in äußerenibeispielsweise ein sofortiges
Abschalten der gesamten Anlage erfordern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die es einem Bedienungsmann ermöglicht, sowohl in vorgebenen
engeren Toleranzgrenzen gewisse Nachregelungen vorzunehmen als auch dann die richtigen
Vorkehrungen zu treffen (beispielsweise Abschalten der Einrichtung) ~wenn gewisse
Höchstgrenzen überschritten werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen,
daß bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff zur Einstellung von einem höheren
und einem niedrigen Maximalsollwert und von einem höheren und einem niedrigeren
Minimal sollwert vier Sollwerteinsteller vorgesehen sind und daß ferner der Vergleichsvorrichtung
einer Auswertlogik nachgeschaltet ist, deren erstes Ausgangssignal bei Über- bzw.
Unterschreitung der niedrigen Sollwerte der Anzeigevorrichtung und/oder eine Schweißdatenregelvorrichtung
zuführbar sind und deren zweite Ausgangssignale bei
Über- bzw. Unterschreitungen
der höheren Sollwerte der Anzeigevorrichtung und/oder einer Vorrichtung zum Unterbrechen
des Schweißvorganges zuführbar sind.
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Durch die Erfindung wird somit eine Einrichtung geschaffen, die es
ermöglicht zu Beginn einer Schweißung am Überwachungsgerät einen engeren Toleranzbereich
und einen gegenüber dem engeren Toleranzbereich größeren Toleranzbereich einzustellen
und die jeweiligen Abweichungen entsprechend anzuzeigen. Dadurch wird ermöglicht,
daß ein Bedienungsmann beispielsweise bei der Anzeige von Über- bzw. Unterschreitungen
der niedrigeren Sollwerte zunächst durch Änderung der Schweißparameter versuchen
kann, den Prozeß derart zu beeinflussen, daß die überwachten Schweißparameter wieder
innerhalb der gewünschten engen Toleranz zuliegen kommen. Darüber hinaus wird aber
durch die ferner vorgesehene zweite Sollwerteinstellung für die höheren Sollwerte
verhindert, daß aber bzw. Unterschreitungen dieser Werte,beispielsweise bei dem
obengenannten Regelvorgang nicht erkannt werden und deshalb zu schwerwiegenden Schweißfehlern
führen. Bevorzugt wird beim Überschreiten bzw. Unterschreiten dieser höheren Sollwerte
der Schweißvorgang unterbrochen bzw. durch eine weitere akustisch stärker wirkende
Anzeige der Bedienungsperson übermittelt, daß nunmehr schwerwiegendere Schweißfehler
zu erwarten sind. Von wesentlichem Vorteil bei der erfindungsgemäßen vorgeschlagenen
Doppelsollwerteinstellung ist es, daß nunmehr die Schweißung in sehr engen Toleranzen
vorgenommen werden kann und entsprechende Abweichungen der Bedienungsperson unmittelbar
mitgeteilt und von dieser beseitigt werden kann. Andererseits erlaubt aber die Doppelsollwerteinstellung
auch, daß eventuell während des Regelvorganges vorgenommene Fehlregelungen von der
Bedienungsperson die zu einem Überschreiten der äußeren Toleranzgrenzen führt, sofort
dieser Person über die zweite Anzeige mitgeteilt werden. Damit werden eventuelle
Schweißfehler aufgrund von Fehlregelungen weitgehends ausgeschaltet.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß durch die Doppelsollwertvorgabe auch
plötzlich auftretende Änderungen der Istwerte über die vorgebenen höheren Sollwerte
hinaus beispeilsweise aufgrund des Ausfalles von Motor -vorschüben, Versorgungsenergien
etc. dem Bedienungsmann sofort anzeigen, daß diese plötzliche hohe Veränderung des
Istwertes nicht verfahrensbedingt sein kann und er somit in der Lage ist entweder
die Einrichtung sofort abzuschalten oder die entsprechend andere Vorkehrungen zu
treffen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist die Auswertlogik
eine Verzögerungseinheit mit einstellbarer Verzögerungszeit auf. Dadurch wird erreicht,
daß sprunghafte Änderungen der Schweißparameter, die das Schweißergebnis nicht beeinflussen
von der Auswertlogik nicht weitergegeben##werden. Bevorzugt liegt die Verzögerungszeit
dabei im Bereich zwischen 0,1 und 1sec.
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In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung
veranschaulicht, wobei die Einrichtung in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet ist.
über den Eingang 11 wird ein Istwertsignal über einen Eingangsverstärker 121 der
wahlweise mit Gleich- oder Wechselspannung betrieben werden kann, und einem Gleichrichter
13 einem Integrator 14 zugeführt. Dieser Integrationsverstärker 14 ermöglicht eine
Mittelwertbildung während einstellbarer Integrationszeiten (0 bis 16 sec.,siehe
Zeiteinsteller 15),so daß sprunghafte Änderungen der zu überwachenden Parameter,
die das Schweißergebnis nicht beeinflussen,unterdrückt werden.
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Das am Ausgang des Integrators 14 erscheinende Signal wird einmal
durch den Analogausgangsverstärker 16 auf 10 Volt normiert und der Analog-Ausgangsbuchse
17 über einen im Fehlerfall geschlossenen Relaiskontakt 18 (angesteuert über die
Leitung 35) zugeführt. Ferner steht das normierte Signal an der Bereichsumschalteinrichtung
19 an und wird
im folgenden Bereichsverstärker 20 dem gewünschten
Anzeigewert des nachgeschalteten Digitalvoltmeters 21 angepaßt. Aus dem Speicher
22 des Voltmeters 21 wird ein paralleles, digitales BCD-Signal gewonnen, das der
Eingangsspannung am Eingang 11 proportional ist. Das BCD-Signal wird einerseits
über die Leitung 23 einem Drucker 24 zugeführt und dort imlnterfacesystem "Druckerausgang"
24a zur Ansteuerung des Fehlerdruckers aufbereitet. Das gleiche BCD-Signal steht
an einem Vergleicher 25 an. Dieser Vergleicher ist über einen Multiplexer 26 mit
den vier Sollwerteinstellern 27,28,29, 30 verbunden. Im Vergleicher 25 wird das
BCD-Signal mit den über die Einsteller 27 bis 30 vorgewählten Grenzwerte im Taktrhytmus
des Multiplexers 26 abgefragt und entsprechend dem Ausgangssignal über die Leitung42einer
Auswertlogik43 zugeführt. Liegt der vom Eingang gelieferte Ist-Meßwert innerhalb
der durch Min I (28) und Max I (29) oder der durch Min II (27) und Max II (30) eingestellten
Werte, steuert der Vergleicher 25 die Auswertlogik 28 nicht an und somit erfolgt
keine Fehleranzeige. Stimmt einer der vorgewählten Werte nicht mit dem Istwert überein,
werden von der Auswertlogik 28 folgende Funktionen aktiviert: Die optische Anzeige
31 bzw. 32 springt von grün auf rot Die potentialfreien Kontakte 33 bzw. 34 schließen
bzw.
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öffnen Das Analogsignal erscheint an Leitung 35 und bewirkt eine
Schließung des Kontaktes 18, so daß am Ausgang 17 das Analogsignal zur Verfügung
steht Der Drucker 24 wird über einelmpulsüberleitung 36 angesteuert und bewirkt
eine Umschaltung der Druckgeschwindigkeit.
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Voraussetzungen für die vorgenannten Funktionen sind, daß die der
Auswertlogik 28 zugeordnete Einschaltverzögerung 37 abgelaufen oder ausgeschaltet
ist,und daß die Zeit während der ein Fehler ansteht, länger ist als die an der Auswertverzögerung
38 eingestellte Zeit die im Bereich zwischen 0,1 und 9,9 sec. liegen kann. Durch
die vorgesehene Einschaltverzögerung 37 wird erreicht, daß die am Anfang einer Schweißoperation
auftretenden Meßwertinstabilitäten nicht zur Auswertung gelangen.
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Darüber hinaus ist dem Eingangsverstärker 12 eine Referenzspannungsquelle
39 zugeordnet, die über ein schematisch dargestelltes Testsystem 40 anstelle des
Eingangssignales mit dem Eingangsverstärker verbunden werden kann. Dadurch ist eine
Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Gerätes vorteilhaft möglich. Durch das Testsystem
wird eine derartige Referenzspannung an das Gerät angelegt, so daß an der Anzeige
des Digitalvoltmeters 21 die Ziffernfolge 1 2 3 4 ansteht. Wenn dies der Fall ist,
kann durch entsprechende Veränderungen der Grenzwerte über die Schalter 27 bis 30
geprüft werden, ob die Anzeigen und potentialenfreien Kontakte einwandfrei arbeiten.
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Durch Betätigung der Vorrichtung 41 ist eine Überprüfung der Segmente
der einzelnen Segmente aller Anzeigeeinheiten des Digitalvoltmeters 21 vorteilhaft
möglich.
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Anstelle der Einstellung der Sollwerte in Absolutwerten ist vorteilhaft
auch eine Einstellung der erlaubten Abweichung in Prozentangaben möglich. Auch die
Kombination von Absolut-/Prozenteinteilung ist vorteilhaft, beispielsweise die Einstellung
der niedrigen Sollwerte 28, 29 in Absolutwerten und die zulässige Abweichung max.
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Werte 29, 30 hiervon in Prozent.
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