DE2825422A1

DE2825422A1 - Vorrichtung zur pruefung von schweissungen bei stahl

Info

Publication number: DE2825422A1
Application number: DE19782825422
Authority: DE
Inventors: Jacques Defourny
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1978-06-09
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2657889A1

Description

Vorrichtung zur Prüfung von Schweissungen bei Stahl
(Zusatz zur Patentanmeldung P 26 57 889) Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Schweissungen bei Stahl, die im wesentlichen mit einer Schweissmaschine aus einem U-förmigen Rahmen sowie zwei Anschlusselektroden mit entsprechender Stromversorgung und mit Andrückmechanismus hergestellt werden nach den Ansprüchen 1 bis 3 der Patentanmeldung P 26 57 889, welche Vorrichtung die Prüfung der Schweissung von Stahlprodukten sowie die sofortige Anpassung der schweisstechnischen Bedingungen ermöglicht, wobei hinsichtlich von Zerstörungsprüfungen, denen diese Schweissungen standhalten müssen, jede erdenkliche Sicherheitsgarantie erfüllt sein soll.
Gegenstand dieser Stammanmeldung ist eine Vorrichtung mit einer Schweissmaschine, die insbesondere aus einem im wesentlichen U-förmigen Rahmen, zwei Anschlusselektroden mit entsprechender Stromversorgungseinrichtung und einer Andrückvorrichtung besteht und im wesentlichen gekennzeichnet ist durch einen Messfühler, vorzugsweise in induktiver Ausführung, der zeitabhängig die relative Verschiebung der Elektroden messen kann.
Nach einer besonderen Ausführungsform umfasst diese Vorrichtung darüberhinaus einzeln oder in der Kombination: - einen Messfühler, mit dem zeitabhängig die beim Schweissvorgang verbrauchte elektrische Energie gemessen werden kann, - einen Messfühler, welcher zeitabhängig die von einer entsprechenden Vorrichtung auf die beiden Schweisselektroden aufgebrachte Druckkraft erfasst, - einen Messfühler zur zeitabhängigen Messung der Geschwindigkeit, mit welcher die relative Elektrodenverschiebung erfolgt, d.h. der Geschwindigkeit des Eindringens der Stäbe ineinander bzw. der Blechdehnung im Schweißstellenbereich.
Die erfindungsgemässe Verbesserung, die der besonderen Kombination von drei Messfühlern zur Messung der elektrischen Energie, der den Elektroden beaufschlagten Kraft und der relativen Elektrodenverschiebung gilt, beinhaltet den Einsatz solcher Messfühler, welche die Durchführung der vorgesehenen Messungen ohne platzmässige Inanspruchnahme der Schweisszone ermöglichen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, das der die Messung der beim Schweissvorgang verbrauchten elektrischen Energie ermöglichende Messfühler aus einer Vorrichtung besteht, die mit einem Ringwulst auf die oberen Elektroden verbindende Brücken gelagert ist; dass der die Messung des auf die beiden oberen und unteren Elektroden ausgeübten Drucks ermöglichende Messfühler eine Kraftmessdose umfasst, die oberhalb des Elektrodenträgers angeordnet ist und die Kompression der einer jeden der oberen Elektroden zugeordneten Feder misst, wobei diese Druckbeanspruchung derjenigen Kraft entspricht, die der jeweiligen Elektrode unmittelbar bei Kontaktnahme beaufschlagt wird; und dass der die Messung der relativen Elektrodenverschiebung ermöglichende Messfühler auä zwei Stellungsgebern gebildet wird, von denen der eine fest mit einer Schweisselektrode und der andere fest mit einer (nicht am Schweissvorgang beteiligten) zusätzlichen Vergleichselektrode verbunden ist, wobei der Unterschied zwischen den Anzeigen dieser Geber die jeweilige Verschiebung repräsentiert.
Erfindungsgemäss handelt es sich bei den zu schweissenden Stahlprodukten um Stäbe und ermöglicht der Messfühler zur Erfassung der relativen Elektrodenverschiebung eine Messung des Grades der Eindringung der Stäbe ineinander.
Desweiteren wird erfindungsgemäss die den Druckmessfühler bildende Kraftmessdose an der Innenseite des VerschluB-stopfens der Feder angeordnet.
Ausserdem ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Verschlußstopfen eine Teilung aufweist, welche die Kalibrierung der Feder ermöglicht.
Nach einer Abwandlung der Erfindung ist der Druckmessfühler mit einem Registriergerät verbunden, das eine Kurve der den Elektroden während des Schweissvorgangs beaufschlagten Kraft aufzeichnet, beispielsweise einem Spannungsmesser.
Nach einer weiteren Abwandlung der Erfindung werden die Stellungsgeber, aus denen der Messfühler zur Erfassung des Grades der Eindringung der Stäbe ineinander besteht, zweckmässigerweise im Verschlußstopfen der Feder für die betreffenden Elektroden angeordnet.
Die beiliegenden Fig. 1 bis 5, die lediglich beispielhaften Charakter haben und keinerlei Beschränkung darstellen, sollen das Wesen und die Nützlichkeit der vorliegenden Erfindung verständlich machen. Sie beziehen sich auf eine Schweissmaschine zur Aneinanderfügung von Drahtlängen zu Drahtringen, wobei die Andrückkraftbeaufschlagung der Elektroden auf rein mechanischem Wege erfolgt.
In den Zeichnungen bedeutet: Fig. 1 eine Prinzipskizze, welche die Beaufschlagung von Andrückkraft auf die Elektroden veranschaulicht; Fig. 2 ein Schema der Bewegungen der Schweissmaschine, welche die differenzierte Messung erklären soll, die das Eindringen der Stäbe ineinander ermöglicht; Fig. 3 ein Schema, welches die Anordnung der Eindringungsmessfühler zeigt; Fig. 4 ein Eindringungsdiagramm; und Fig. 5 ein Korrelationsdiagramm hinsichtlich der Qualität der bei Einsatz von zwei Messfühlern bei der differenzierten Messung erzielten Ergebnisse.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der auf einem Mittelträger (2) befestigte Elektrodenhalter (1) mit einer oberen Elektrode (3) und einer unteren Elektrode (4) bestückt. Die zu schweissenden Drähte (5) und (6) sind in Kontakt mit den Elektroden (3) bzw. (4) befindlich dargestellt. Eine Feder (7) wird vorher mittels eines Gewindestopfens (8) zusammengedrückt und beaufschlagt somit den Elektroden eine Kraft. Dieser Gewindestopfen ist in den oberen Befestigungsblock (9) des Elektrodenhalters eingeschraubt.
Zur Messung der den Elektroden beaufschlagten Kraft ist eine Kraftmessdose an der Innenseite des Verschlußstopfens (8) für dieFeder (7) angeordnet, wobei Kraftmessdose und Stopfen entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Der Verschlußstopfen ist mit Teilung versehen, die eine Kalibrierung der Feder ermöglicht.
Die Kraftmessdose kann mit einem Registriergerät zur Aufzeichnung der den Elektroden während des Schweissvorgangs beaufschlagten Kraft oder aber mit einem Digitalanzeiger, beispielsweise einem elektrischen Spannungsmesser, welcher die Kraft direkt in Newton anzeigt, verbunden sein.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die aus Mittelträger (2) und Elektrodenhalter (1) bestehende Gesamtanordnung.
Ein Stellungsgeber misst die relative Verschiebung des Zentralstössels des Elektrodenhalters (1) gegenüber dem Träger (2), wobei der jeweilige Wert in Abhängigkeit steht von: der Dicke der unteren Elektrode (4) im Neuzustand, dem maximalen Abstand zwischen dem Ende der oberen Elektrode (3) und der Unterseite des Trägers (2), der jeweiligen Regelgrösse für die mittlere Höhe des Mittelträgers (2), dem Durchmesser des mit der Elektrode (3) in Kontakt stehenden zu schweissenden Drahts, dem Durchmesser des mit der Elektrode (4) in Kontakt befindlichen Schweissdrahts, der Grösse der Bewegung, dem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweissungen, dem Elektrodenabbrand und der Einbrandtiefe der beiden Drähte (5) und (6) im Zuge des Schweissens.
Dieser Stellungsgeber liefert ein Signal, welches die Wechselbewegung des Mittelträgers (2) und die Einbrandtiefe der verschweissten Drähte beinhaltet. Zur Erzeugung eines Signal, welches die Einbrandtiefe als absoluten Wert darstellt, genügt es, von dem durch diesen Stellungsgeber ausgelösten Signal die Bewegung des Mittelträgers (2) entsprechend dem Signal des zweiten Stellungsgebers wegzunehmen.
Gemäss Fig. 3 sind die Elektrodenhalter (1) auf einem gemeinsamen Mittelträger (2) angeordnet, dem über einen nicht dargestellten Nocken eines sinusförmige Wechselbewegung beauf schlagt wird. Die Höhenlage des Trägers (2) ist veränderlich. Die Elektroden sind paarweise elektrisch verbunden.
Die oberen Elektroden (3) sind jeweils zwei zu zwei überbrückt und es erfolgen Stromzufuhr und Stromablauf über die unteren Elektroden (4) gemäss (10). Die zu schweissenden Quer- und Längsdrähte (5) und (6) sind in Kontakt mit den Elektroden (3) und (4) befindlich dargestellt.
Nach einer ersten Ausgestaltung werden die Brücken (11) der oberen Elektroden (3) so bearbeitet, dass die Anbringung des Ringwulstes eines Duffers-Instruments zur Messung der Stromstärke und der Schweisszeit möglich ist.
Eine weitere Ausgestaltung betrifft die Stellungsgeber (12) und (13), von dem einer eindie Wechselbewegung des Mittelträgers (2) und die Einbrandteife der geschweissten Drähte beinhaltendes Signal und der andere ein die Bewegung des Mittelträgers (2) repräsentierendes Signal liefert.
Fig. 3a betrifft den Fall, wo der allgemein als "Bezugsgeber" anzusehende Stellungsgeber (13) ausserhalb des geschweissten Gitters (bei Gittern geringer Breite) angeordnet ist. Der Stellungsgeber (13) ist auf einem Elektrodenhalter angeordnet, der an einer ausserhalb der Schweisszone befindlichen Stelle am Träger (2) befestigt ist. Die Höhe der Elektroden (14) und (15) entspricht der Summe der Durchmesser (d1 + d2) der zu verschweissenden Drähte (5) und (6). Man beachte, dass kein elektrischer Stromfluss durch die Elektroden (14) und (15) stattfindet.
Fib. 3b bezieht sich auf den Ball, wo der ~1Bezugsgeber" (13) #in der Schweisszone (bei grossen bzw. breiten Gittern und bei Nichtanwendbarkeit der oben beschriebenen Lösung) angeordnet ist. Der Geber (13) sitzt auf einem Elektrodenhalter, der an einer innerhalb der Schweisszone befindlichen Stelle zwischen den Schweissleketrodenpaaren befestigt ist. Die obere Elektrode (16) des Gebers (13) liegt auf dem Querdraht (5) auf, während die untere Elektrode (17) von der oberen um den Durchmesser (d2) des Längsdrahts (6) abgesetzt ist. Auch in diesem Falle ist zu beachten, dass kein Durchfluss elektrischen Stroms durch die Elektroden (16) und (17) erfolgt.
Fig. 4 stellt das Diagramm der nach dem System der differenzierten Messung ermittelten Eindringungsgrade mit der Zeit dar.
Die Eindringung ist in Teilungen von jeweils 0.25 mm auf der Ordinate aufgetragen, während die Abszisse die Zeit in Sekunden ausweist. Wie ersichtlich, weist das Signal keinerlei Störungen auf und gibt es drei charakteristische Phasen: Kontaktierung (18), Schweissung (19), Schmieden (20). Die Stromdurchgangszeit zwischen dem Ende der Kontaktierungsphase und dem Ende des Schweissvorgangs ist bei (21) auf der Achse der Abszissen dargestellt. Die Eindringung nimmt während der Schmiedephase noch weiter zu. Die im Zuge dieser Versuche eingesetzten Messfühler ermöglichten eine Verfolgung des Eindringungsdiagramms auf die Dauer von 15/100 Sekunde nach Schweissende.
Fig. 5 zeigt, dass die mit Hilfe der nach dem differenzierten Messverfahren arbeitenden Stellungsgeber ermittelte Eindringung (auf der Ordinate als p in mm aufgetragen) in einem guten Verhältnis zu den nach dem Schweissen mittels Mikrometer gemessenen Eindringungswerten (auf der Abszisse als p in #) steht.
Die angegebenen Werte beziehen sich auf Messungen an Überkreuzschweissverbindungen von glatten Drähten von 6 mm Durchmesser. Die den Elektroden beaufschlagte Kraft betrug 300 Newton. Die eingezeichneten Punkte ergaben sich einmal bei einerauf eine Kraft 7 und zum anderen auf eine Kraft 6 geregelten Maschine. Die Schweisszeit betrug 7 Perioden (50 Hz).
PATENTANSPRllOHE

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. )Vorrichtung zur Prüfung von Schweissungen bei Stahl, die im wesentlichen mit einer Schweissmaschine aus einem U-förmigen Rahmen sowie zwei Anschlusselektroden mit entsprechender Stromversorgung und mit Andrückmechanismus hergestellt werden, welche Vorrichtung mit Messfühlern zur Erfassung der elektrischen Energie, der den Elektroden beaufschlagten Kraft und der relativen Elektrodenverschiebung versehen ist nach den Patentansprüchen 1 bis 3 der Patentanmeldung P 26 57 889, dadurch gekennzeichnet, dass der die Messung der beim Schweissvorgang verbrauchten elektrischen Energie ermöglichende Messfühler aus einer Vorrichtung besteht, die mit einem Ringwulst auf die oberen Elektroden (3) paarweise verbindende Brücken (11) gelagert ist, dass der die Messung des auf die beiden oberen und unteren Elektroden (3,4) ausgeübten Drucks ermöglichende Messfühler eine Kraftmessdose umfasst, die oberhalb des Elektrodenhalters (1) angeordnet ist und die Kompression der einer jeden der oberen Elektroden (3) zugeordneten Feder (7) misst, wobei diese Druckbeanspruchung derjenigen Kraft entspricht, die der jeweiligen Elektrode (3,4) unmittelbar bei Kontaktnahme beaufschlagt wird, und dass der die Messung der relativen Elektrodenverschiebung ermöglichende Messfühler aus zwei Stellungsgebern (12, 13) gebildet wird, von denen der eine (12) fest mit einer Schweisselektrode (3) und der andere (13) fest mit einer (nicht am Schweissvorgang beteiligten) zusätzlichen Vergleichselektrode (14, 16) verbunden ist, wobei der Unterschied zwischen den Anzeigen dieser beiden Geber die jeweilige Verschiebung repräsentiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zu verschweissenden Stahlprodukten um Stäbe (5,6) handelt und der Messfühler für die Ermittlung der relativen Elektrodenverschiebung zur Messung des Grades der Eindringung der Stäbe (5,6) ineinander ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Druckmessfühler bildende Kraftmessdose an der Innenseite des Feder-Verschlußstopfens (8) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlußstopfen (8) eine Teilung aufweist, welche die Kalibrierung der Feder (7) ermöglicht.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessfühler mit einem Registriergerät oder Digitalanzeiger verbunden ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Messfühler zur Erfassung der Geschwindigkeit der Eindringung der Stäbe (5,6) ineinander bildenden Stellungsgeber (12, 13) im Verschlußstopfen (8) der Feder (7) für die betreffenden Elektroden angeordnet sind.