DE3121497C2

DE3121497C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsermittlung beim Widerstandsschweißen

Info

Publication number: DE3121497C2
Application number: DE3121497A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Yokohama Kanagawa Kawaguchi; Shuji Prof. Toyonaka Osaka Nakata; Akira Yokosuka Kanagawa Nishimura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1986-01-02
Also published as: US4434351A; JPS571582A; GB2077648B; FR2491798A1; US4521665A; DE3121497A1; FR2491798B1; GB2077648A

Abstract

Eine nach einem entsprechenden Verfahren arbeitende erfindungsgemäße Vorrichtung (z.B. Fig. 6) definiert die bei einem Widerstandsschweißvorgang erzielte Schweißqualität als "gut" oder "Ausschuß", indem sie unabhängig oder gleichzeitig die jeweils ermittelten Werte für die Elektrodenspannung, die Elektrodenstromflußzeit, die über einem Ausgangswert liegende Anzahl von Elektrodenspannungsimpulsen und/oder das Integral einer Differenz zwischen dem Überschuß der Elektrodenspannung zu einer Grundspannung und dieser Grundspannung mit entsprechenden Bezugswerten vergleicht und zusätzlich noch den zwischen den Elektroden (2a, 2b) gemessenen Widerstand mit einem Bezugswiderstandswert vergleicht. Die relativ preisgünstige Vorrichtung bestimmt die Schweißqualität selbst dann mit hoher Genauigkeit, wenn durch verformte oder gequetschte Elektrodenspitzen Nebenstromwege entstehen.

Description

5 6 . -

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vor- sind in bezug auf die Verfahren in den Patentansprü-

richtungen zur Ermittlung der Schweißqualität beim chen 1, 3 und 4, und in bezug auf die Vorrichtungen in ι

Widerstandsschweißen. den Patentansprüchen 5,7 und 8 angegeben.

Es gibt verschiedene Verfahren zur zerstörungsfreien Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung enthal-Qualitätsbestiinmung beim elektrischen Schweißen in 5 ten die jeweils nachgeordneten Unteransprüche. Verbindung mit Systemen, welche den Schweißstrom, Bei den verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahren die Schweißleistung, den Widerstand zwischen den zur Ermittlung der Schweißqualität beim Widerstands- i Elektrodenspitzen, die Spannung zwischen den Elektro- schweißen werden separat oder gleichzeitig die Elektrodenspitzen od. dgl. überwachen, wie beispielsweise aus denspannung, der Elektrodenstrom, die Schweißstrom- ■ den DVS-Berichten, 50: Schweißen und Schneiden 1978, io flußzeit, die Ober einem Bezugswert liegende Zahl von ν Fortschritt und Qualität, Düsseldorf 1978, Deutscher Elektrodenspannungsimpulssignalen und/oder das Inte-Verlag für Schweißtechnik, S. 8—11, bekannt ist gral der Differenz zwischen dem Überschuß der Elek-

Durch Überwachung des Schweißstroms können trodenspannung zu einer Grundspannung und dieser

zwar Stromausfall oder eine Unterbrechung in der Se- Grundspannung mit zugeordneten Bezugswerten ver-

kundärwicklung des Schweißtransformators recht gut, is glichen, und zusätzlich der Elektrodenwiderstand mit

weniger zuverlässig jedoch Schweißqualitätsmängel, die einem Bezugswert verglichen.

durch Änderungen der Kontaktbedingungen zwischen Eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen ! zu verschweißenden Teilen oder des .Schweißstroms. Verfahrens geeignete Vorrichtung umfaßt 7. B. außer :..' der Elektrodenspitzenform u.dgl. hervorgerufen wer- einem Stromsensor, einer Stromflußzeit-Reguliereinden, festgestellt werden. Auch die Qualitätsermittlung 20 heit und einem Bezugswiderstandsgenerator einen durch Überwachung der Schweißleistung ist keine gute Spannungssensor, einen Komparator/Diskriminator, ci-Lösung, weil hierbei der Gesamt-Energieverbrauch er- nen Bezugsspannungsgenerator, einen Strom/Stromfaßt wird, während die Schweißqualität von der Vertei- flußzeit-Diskriminator, einen Impulszählwert-Diskrimilung der Energiedichte über die Zeit abhängig ist Diese nator, einen Bezugs-Impulszählwertspeicher, einen Dif-Methode ist praktisch nutzlos, wenn sich durch die 25 ferenzverstärker, einen Integrator, einen Komparator/ ' Schweißbedingungen der Schweißquerschnitt ändert Diskriminator, einen Bezugsintegralgenerator und eine Auch die Ermittlung der Schweißqualität durch Über- Qualit?*smerkmal-Anzeigeeinheit wachung des Widerstands zwischen den Elektrodenspit- Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfinzen, der von großem Einfluß auf den Schweißstromfluß- dung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erquerschnitt der durch die zu verschweißenden Teile füh- 30 läutert Es zeigt

renden Strombahn ist, wird nicht zu brauchbaren Er- Fig. 1, 2 und 3 grafische Darstellungen zur Erläute-

gebnissen führen, wenn durch Verformung oder Quet- rung der Abhängigkeit der Elektrodenspannung bzw.

schung der Elektrodenspitzen andere Strombahnfor- des Elektrodenwiderstands bzw. des Strombahn- und ί

men entstehen. Schweißstellendurchmessers von der Schweißzeit beim '

Zu der bekannten Ermittlung der Schweißqualität 3s Punktschweißen zweier Flußstahlplatten,

durch Überwachung der Spannung zwischen den Elek- F i g. 4 und 5 grafische Darstellungen zur Erläuterung

trodenspitzen muß bewirkt werden, daß die Elektroden- der Abhängigkeit des Widerstands zwischen den Elek-

spitzenspannung eng von dem Temperaturanstieg in troden vom Kehrwert des Strombahnquerschnitts unter

der Schweißstelle und beim Punktschweißen besonders verschiedenen Schweißbedingungen und zur Erläute-

von dem Ausmaß der Schweißlinsen-Durchdringung 40 rung der Abhängigkeit des Schweißstellendurchmessers

abhängig ist Werden dünne Teile unter starkem Elek- vom Integral einer Spannungsdifferenz,

trodenandruck zusammengeschweißt, dann wird auf- F i g. 6 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten

grund der durch den Andruck und die Elektrodenspit- Vorrichtungs-Ausführungsbeispiels der Erfindung, in

zenform bestimmten Strombahn eine Schweißqualitäts- dem eine Schweißqualität für gut befunden wird, wenn

bestimmung selbst in den Fällen möglich sein, wo es 45 der Elektrodenwiderstand und die maximale Elektro-

durch Bildung von Nebenstrombahnen zu einer Elek- denspannung in einen jeweils zugeordneten Toleranz-

trodenstromänderung kommt Wenn aber relativ dicke bereich fallen, und

Teile, hochfeste Stahlplatten oder Preßteile, geschweißt F i g. 7, 8 und 9 schematische Blockschaltbilder eines

und/oder die zu verschweißenden Teile mit geringem zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiels der

Druck zusammengepreßt werden, dann kann unmöglich 50 Erfindung, bei denen jeweils als Kriterium für eir.^gute

der richtige Strombahnquerschnitt (der die Schweißzo- Schweißqualität der Zustand herangezogen wird, in

ne oder -linse beeinflußt) eingehalten und selten der dem der Elektrodenwiderstand und die maximale Elek-

gewünsch te Schweißzonendurchmesser erzieh werden. trodenspannung sowie der der Elektrodenstrom und die \

Bei Verwendung breitgequetschter Elektrodenspitzen Stromflußzeit, bzw. der Elektrodenwiderstand und eine f.j

entsteht ein größerer Schweißstellendurchmesser als 55 Anzahl von einen Bezugswert fibersteigenden Elektro- j

nötig, und damit wird die Einhaltung der angestrebten denspannungssignalen, bzw. der Elektroden widerstand '■]

Schweißqualität verhindert Mit dieser Methode der und das Integral einer Differenz zwischen Elektroden- "_; Elektrodenspannungsüberwachung kann zwar wegen und Bezugsspannung in entsprechende Toleranzfelder . -

ihres relativ langsamen Ansprechverhaltens ggf. beim fallen. K'

Punktschweißen die SchweiBqualität ermittelt werden, βο Vor der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbei- ?;'\

jedoch wird die Spannungsmessung an den Elektroden spiele der Erfindung werden zunächst anhand grafischer {';

in der Praxis durch Störfaktoren sehr erschwert Darstellungen (F i g. 1 —5) die Ergebnisse durchgeführ- ^;f|

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfache ter Widerstandsschweiß-Versuche erläutert |Sj Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, mit deren Der Widerstand zwischen den die miteinander zu ver- te Hilfe eine genauere und zuverlässigere Ermittlung und es schweißenden Teiie zusammendrückenden Elektroden p_: Sicherung der Schweißqualität beim Widerstands- (beim Punktschweißen Elektrodenspitzen) steht beim %t.

schweißen möglich ist Widerstandsschweißen in enger Beziehung zu der Kon- f \

Unterschiedliche Lösungen der gestellten Aufgabe taktfläche der zu verschweißenden Teile, d. h. zu der M

Querschnittsfläche, durch die der Schweißstrom fließt. Zusätzlich kann der von dem Strombahnquerschnitt abhängige IF.Icktrodcnwidcrsiand während des Schweißvorgangs beobaciitet werden. Da ferner die Spannung zwischen den Elektroden in einer engen Beziehung zu dem Temperaturanstieg in der SehweiQung steht, kann für jede Art, Form und Dicke von zu schweißenden Teilen «wie für die Art und Form der Elektrodenspitzen eint den Elektrodenspannungsverlauf über die Zeit angebende Kurve aufgestellt und eine der gewünschten Schweißzonendurchdringung bei der Schvfeißung entsprechende Kurve ausgewählt werden. Die wirksame Elektrodenspannung ist die über einer festgelegten Grund- oder Bezugsspannung liegende Spannung, und damit hai: eine Änderung der Schweißzeit großen Einfluß auf die Schweißqualität.

Bei einem auf den zuvor erläuterten Versuchsergebnissen beruhenden Verfahren wird die Schweißqualität d.S Widi'rStSnds^cCnWC!ß^nS Haraiic Hpctimmt nh rfpr während des Schweißens gemessene Elektrodenwiderstand kurz vor dem Abschalten des Schweißstroms innerhalb eines zulässigen Widerstandsbereiches liegt oder nicht, ob die Elektrodenspannung über einem Bezugsspannungswert liegt oder nicht, und ob ferner das Integral der Differenz zwischen der oberhalb einer festgelegten Grundspannung liegenden Elektrodenspannung und dieser festgelegten Grundspannung größer ist als ein vorgegebenes Bezugsspannungsintegral oder nicht Daraus wird entnommen, ob der Strombahnquerschnitt zwischen den zu verschweißenden Teilen und dami der Schweißzonenquerschnitt oberhalb einer unteren Toleranzgrenze liegt und folglich eine ausreichende Schweißzonendurchdringung erzielt worden ist

In Fig. 1 ist der Verlauf der Spannung zwischen den Elektroden über die Schweißzeit durch zwei typische Spannungskurven a und b grafisch dargestellt Die Schweißzeit ist in Wechselstromperioden angegeben. Die Kurve a wurde bei einem Elektrodenspitzendurchmesser ( = mittlerer Durchmesser der Kontaktfläche zwischen der Elektrodenspitze und dem zu schweißenden Teii) DE = 6,8 mm, einem Elektrodenandruck ρ = 380 kg und einem Schweißstrom / - 12 000 A, und die andere Kurve b bei anderen, in F i g. 1 angegebenen Werten erhalten. Es fällt auf, daß sich die Spannungskurven a und b trotz stark unterschiedlicher Elektrodenspitzendurchmesser De in ihrem Verlauf kaum voneinander unterscheiden.

Die in F i g. 2 die Abhängigkeit des Widerstands zwischen den Elektroden von der Schweißzeit (bei sonst mit denen in F i g. 1 übereinstimmenden Schweißbedingungen) wiedergebenden Widerstandskurven a und b lassen erkennen, wie groß der Einfluß des Elektrodenspitzenduirchmessers auf den Elektrodenwiderstand ist; je größer der Spitzendurchmesser, desto kleiner der Widerstand.

In F i g. 3 ist jeweils für zwei unterschiedliche, mit »a« und »c« gekennzeichnete Versuchswert-Gruppen von De, Pund /die Abhängigkeit des Strombahndurchmessers (& h. der Durchmesser der Fläche, in welcher der Schweißstrom durch die zu schweißenden Teile fließt) von der Schweißzeit mit durchgezogenen Linien (a— I; c—1), und bei sonst gleichen Schweißbedingungen die Abhängigkeit des Schweißzonendurchmessers von der Schweiß2Eit mit unterbrochenen Linien (a—2; c— 2) dargestellt Der Kurvenverlauf läßt erkennen, daß zum Zeitpunkt einer SchweiSsteüenbildung eine enge Beziehung zwischen dem Schweißzonendurchmesser und dem Strombahndurchmesser besteht; und diese Dimenionen hängen wieder eng von dem Durchmesser der Elektrodenspitze ab.

F i g. 4 zeigt die Beziehungen zwischen dem Elektrodenwiderstand und dem Kehrwert des Strombahnquer-Schnitts S, während der Schweißstrom bei unterschiedlichen Bedingungen bezüglich l'orni und Größe der lucktrodenspitze, Elektrodenandruck, Elektrodenstrom usw. fließt Die den einzelnen Kurven beigefügten Pfeilspitzen geben den Zeitablauf an; der Elektroden widerstand ändert sich während des Schweißvorgangs laufend. Nach Überschreitung des Kurvenscheitelpunktes verhält sich grundsätzlich und unter allen Schweißbedingungen der Elektrodenwiderstand etwa proportional zu dem Kehrwert des Strombahnquerschnitts S. Alle Kurven in F i g. 4 verlaufen daher hinter ihren Scheitelpunkten mehr oder weniger geradlinig und nähern sich einer gemeinsamen, unterbrochen eingezeichneten Linie. Wie Versuche ergaben, gelten diese Beziehungen auch für Aluminium und Edelstahl

Nach diesen Erkenntnissen muß es möglich sein, durch Messung des Elektrodenwiderstands während der Schweißung den Strombahnquerschnitt innerhalb der zu verschließenden Teile mit recht großer Sicherheit zu bestimmen, und selbst dann mit ähnlicher Sicherheit. wenn sich daneben eine andere Schweißstelle befindet. Zwar gehen bei der Messung der Spannung und des Widerstands zwischen den Elektroden außer diesen gewünschten Werten für die zu schweißenden Teile auch noch der Spannungsabfall und der Eigenwiderstand in beiden Elektrodenspitzen in die Messung ein; da aber ohne Rücksicht auf Form und Größe der Elektroden und auf die Art der zu verschweißenden Teile immer nur ein gleichbleibend kleiner Anteil von 20%—30% auf die Elektroden fällt, können diese Antei-Ie ohne weiteres vernachlässigt und die Meßwerte auf die zu verschweißenden Teile bezogen werden. Diese Tendenz bleibt auch bei Änderungen in der Dicke oder Anzahl der zu verschweißenden Teile weitgehend konstant

Da also der Strombahnquerschnitt großen Einfluß auf die Abmessungen der sich bildenden Schweißzone, Schweißlinse oder Schweißstelle hat, ist es möglich, zuerst eine für einen gewünschten Schweißzonendurchmesser passende Bezugswiderstandskurve auszuwählen und dann durch Vergleich des kurz vor der Elektrodenstromabschaltung gemessenen Elektrodenwiderstands mit dieser Kurve festzustellen, ob die entstandene Schweißzone auch den richtigen Durchmesser hat oder nicht Da ferner der Grad der Schweißzonenformierung

so erwiesenermaßen von der Größe der Elektrodenspannung bei fließendem Schweißstrom abhängt, ist es damit tatsächlich möglich, die erzielte Erwärmung zwischen den zu verschweißenden Teilen zu prüfen und den Grad der Schweißstellenausbildung danach zu beurteilen, da die Elektrodenspannung oder das Integral einer Differenz zwischen dem eine festgelegte Grundspannung übersteigenden Elektrodenspannungswert und dieser Grundspannung über einem Sollwert liegt oder nicht Die Messung und Überwachung des Elektrodenwider-

eo stands und der Elektrodenspannung ist also ein Mittel, um festzustellen, ob der Durchmesser und der Verschmelzungsgrad einer Schweißstelle den gestellten Anforderungen genügt oder nicht
In F i g. 5 ist mit einer Kurve A bei Verwendung flaeher Elektrodenspitzen und mit einer Kurve B bei Verwendung runder Elektrodenspitzen die Abhängigkeit des erzielbaren Schweißstellendurchmessers von dem Integral der Differenz zwischen dem Elektrodenspan-

9 10

nungsüberschuß über einer gegebenen Grundspannung festgelegt seil» Ferner könnte der Elektrodenstrom und dieser Grundspannung angegeben. Diese Kurven auch mittels einer Trochoidwicklung in der Sekundärlassen die Möglichkeit erkennen, durch Überwachung wicklung des Transformators 3 gemessen werden. Gedes Strombahnquerschnitts und des Integrals der Span- maß F i g. 6 befindet sich in der Anschlußleitung zu einer nungsdifferenz die Schweißqualität zu sichern. 5 Wechselstromquelle 16 eine Strom/Stromflußzeit-Re-

Mit dem in Fig.6 als Blockschaltbild dargestellten gulierstufe 17, welche auch bei schwankender Versorersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gungsspannung einen konstanten, festgelegten Strom Vorrichtung wird die Qualität einer Schweißverbindung fließen läßt, ferner durch Abgabe von Start- und Stopdaraus ermittelt, ob der Widerstandswert zwischen den Signalen den Schweißstromfluß auf einen notwendigen Elektroden unmittelbar vor Abschaltung des Schweiß- to Zeitraum begrenzt und außerdem über hier nicht dargestronis kleiner als ein festgelegter Bezugswiderstands- stellte Signalleitungen nach Einsetzen des Schweißwert ist oder nicht, und ob gleichzeitig die maximale stromflusses ein Taktsignal zur Synchronisation anderer Elektrodenspannung über dem festgelegten Bezugs- Einheiten abgibt.

spannungswert liegt oder nicht Diese Ausführung eig- Die in den F i g. 7,8 und 9 dargestellten zweiten, drit-

net sich besonders für Fälle, wo der Schweißstrom und is ten und vierten Ausführungsbeispiele stimmen wei'.ge-

die Schweißstromflußzeit nur relativ geringen Schwan- hend mit dem vorstehend in Verbindung mit F i g. 6 br-

kungen unterliegt schriebenen ersten Ausführungsbeispiel überein, so daß

In F i g. 6 fließt ein Schweißstrom aus der Sekundär- auf eine Wiederholung übereinstimmender Einzelheiten

wicklung eines Transformator» 3 über ein Paar Elektrc- verzichtet werden kann und nachstehend r.ür die jeweils

denspitzen 2a und 2b durch zu verschweißende Elemen- 20 abweichenden Merkmale erläutert werden,

te la und \b, während sie durch die Elektrodenspitzen Bei dem in Fig. 7 schematisch dargestellten zweiten

zusammengepreßt werden. Ein Spannungssensor 4 mißt Ausführungsbeispiel wird das Qualitätsurteil »gut« nur

die zwischen den Elektrodenspitzen 2a, 2b vorhandene dann festgestellt, wenn der Elektrodenwiderstand kurz

Elektrodenspannung. Da die Elektrodenspannung we- vor der Elektrodenstromunterbrechung kleiner als der

gen eines überhöhten Kontaktwiderstands zwischen 25 Bezugswiderstand und die maximale Elektrodenspan-

den Elementen la und \b anfangs mitunter ungewöhn- nung größer als die gegebene Bezugselektrodenspan-

Iich hoch ist, kann dieser die Schweißqualität nicht be- nung sind, und wenn dann noch der Elektrodenstrom

einflussenden Anfangs-Elektrodenspannungswert mit- und dessen Flußzeit innerhalb gegebener Grenzen He-

tels einer Unterdrückungsstufe ausgeblendet werden. gen. Deshalb gibt, wenn der Elektrodenstrom und die

Ein repräsentativer Punkt der vom Sensor 4 gemesse- 30 Stromflußzeit innerhalb der erlaubten Grenzen liegen, nen Spannung, wie z. B. der Spitzenwert jeder Wechsel- ein Strom/Stromflußzeitdiskriminator 18 ein Zulässigspannungshalbwelle, wird in einer Spitzenspannungs- keitssignal an die hier mit 9' bezeichnete Anzeigeeinheit Halteschaltung S für eine halbe Periode oder einen ge- ab, und diese zeigt nur dann das Qualitätsmerkmal gebenen Zeitraum festgehalten. Daraus ermittelt und »gut« an, wenn sie außerdem die Zulässigkeitssignale registriert eine Maximalspannungs-Halteschaltung 6 35 von den Komparator/Diskriminatoren 8 und 14 aufwährend des Schweißprozesses den Maximalwert der nimmt Auf diese Weise wird die Schweißqualität mit Elektrodenspannung. Zur Ermittlung der Schweißquali- größerer Genauigkeit bestimmt als nach der dem ersten tat prüft ein Komparator/Diskriminator 8 eine Diffe- Äusführungsbeispiel zugrundeliegenden Methode,
renz zwischen dem vom Spannungssensor 4 gemesse- Bei dem in F i g. 8 dargestellten dritten Ausführungsnen Maximalwert der Elektrodenspannung und einem 40 beispiel wird das Qualitätsurteil »gut« nur dann festge-Bezugswertt aus einem Bezugsspannungsgenerator 7 stellt, wenn der kurz vor der Schweißstromunterbre- und gibt, faJls der gemessene Maximalwert größer als chung ermittelte Elektrodenwiderstand kleiner als ein der Bezugsspannungswert ist, an eine Qualitätsmerk- gegebener Bezugswiderstand ist und wenn der Zeitmalanzeigeeinheit 9 ein Zulässigkeitssignal ab. raum, während dessen die ermittelte Elektrodenspan-

Ein Stroimsensor 10 (z. B. Stromwandler) mißt den 45 nung bei fließendem Elektrodenstrom die Bezugsspan-Elektrodenstrom auf der Primärseite des Transforma- nung überschreitet, einem Bezugszeitraum entspricht tors 3, und eine nachgeschaltete Spitzenstrom-Halte- Zu diesem Zweck ist zusätzlich ein die Ausgangsimpulse schaltung 11 hält einen repräsentativen Stromwert fest des Komparator/Diskriminators 8 formender und zäh-Der festgehaltene Stromwert liegt in Phase mit dem in lender Impulszählwert-Diskriminator 19 vorhanden, der der anderen Halteschaltung 12 festgehaltenen Elektro- 50 nur dann ein Zulässigkeitssignal an die Qualitätsmerkdenspannungsspitzenwert, und diese beiden Signale ge- mal-Anzeigeeinheit 9" abgibt, wenn das Integral der langen in eine Widerstandsrecheneinheit 13, die unmit- Anzahl der Ausgangsimpulse aus der Stufe 8 innerhalb telbar vor der Elektrodenstromabschaltung den vornan- eines festgelegten Zeitraums mit einem in einem Bedenen Elektrodenwiderstand errechnet Dieser Rechen- zugs-Zählwertspeicher 20 gespeicherten Bezugszählwert wird von einem zweiten Komparator/Diskrimina- 55 wert übereinstimmt

tor 14 mit einem aus einem Bezugswiderstandsgenera- Diese Methode hat folgenden Vorteil: Da die gemes-

tor 15 bezogenen Bezugswiderstandswert verglichen, sene Elektrodenspannung ebenso wie die den Elektro-

und falls der errechnete Elektrodenwiderstand kleiner denspitzen 2a und 2b zugeführte Elektrodenspannung

als der Bezugswert ist, gibt die Schaltung 14 ein Zuläs- Wechsel- oder Wellenspannungskomponenten enthält, sigkeitssignal an die Anzeigeeinheit 9 ab. Somit wird auf 60 gibt der Komparator/Diskriminator ein impulsförmiges

der Anzeigeeinheit 9 ein Qualitätsurteil wie z. B. »gut« Zulässigkeitssignal ab, d. h. in jeder Periode immer dann,

nur dann angezeigt, wenn die Einheit zwei Zulässig- wenn die Meßspannung größer als die Bezugsspannung

keitssignale von den zwei Komparator/Diskriminator- ist Deshalb wird das Signal erst auf eine konstante Im-

schaltungen8undl4erhält pulshöhe beschnitten und danach die Impulszahlung

Bei dieser Ausführung gibt die Schaltung 14 ihr Zuläs- t:- durchgeführt So kann genau ermittelt werden, ob die

sigkeitssignal aus, wenn der Ist-Widerstand kleiner als über der Bezugsspannung liegende Elektrodenspan-

der Bezugswiderstand ist Statt dessen könnte selbstver- nung während eines gegebenen Zeitraums abgegeben

ständlich, falls erwünscht, die untere Toleranzgrenze wird oder langer. Auf der Anzeigeeir-heit 9"" erscheint

Π 12

das Qualitätsmerkmal »gut« nur, wenn sie die Zulässigkeitssignale von beiden Komparator/Diskriminatoren 19 und 14 gleichzeitig erhält Auch bei diesem Verfahren erfolgt die Bestimmung der Schweiöqualität mit größerer Genauigkeit als bei dem ersten Ausl'ührungsbeispiel. s

Bei dem in F i g. 9 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel erscheint das Qualitätsurteil »gut«, wenn sowohl der Elektrodenwiderstand unmittelbar vor Abbruch desselben kleiner als ein gegebener Bezugswiderstand als auch aus Integral der Differenz zwischen dem über einer Grundspannung liegendem Elektrodenspannungswert und dieser Grundspannung größer als ein Bezugsintegral sind. Zu diesem Zweck wird die Differenz zwischen dem Ausgang der Spitzenspannungs-Haltcschaltung 5 und einer von einem Grundspannungsgenerator T bezogenen Grundspannung durch einen Differenzverstärker 21 ermittelt, dieses Ergebnis bei fließendem Schweißstrom in einem Integrator 22 jnt£crrj£rt »·™λ dss erhullsiiS !ntc^ru! u"rch einer* Kcin~ parator/Diski iminator 8' mit einem aus einem Bezugsintegralgem .-titor 23 bezogenen Bezugsintegral verglichen. Nur wenn das Integral größer als das Bezugsintegral ist, geht ein Zulässigkeitssignal an die Qualitätsmerkmal-Anzeigeeinheit 9".

Mit der einen oder anderen Vorrichtung ist es selbst bei schwankendem Schweißstrom oder, wenn die Wellenform des Schweißstroms durch Thyristoren geformt wird, möglich, die Schweißqualität genau und zuverlässig zu bestimmen.

Ferner können bei den einzelnen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch das Qualitätsmerkmal »Ausschuß« sowie zusätzlich einzelne nicht erfüllte Voraussetzungen hinsichtlich des Elektrodenstroms, der Spannung, der Stromflußzeit und dergleichen separat oder unabhängig voneinander angegeben werden.

Zwar wurden die Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit dem Punktschweißen erläutert; die Erfindung ist aber auch auf andere Arten des Widerstandsschweißens wie z. B. das Warzenschweißen, Nahtschweißen, Lichtbogenschweißen, Stump*'chwei-Ben, Satzschweißen od. dgl. anwendbar. Bein·' ■ oder Serieinschweißen müssen die Schweißspannungen zwischen allen Elektrodenspitzen und der Gegenschiene gemessen werden.

Die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Vorrichtungen sind zur Anwendung beim Widerstandsschweißen verschiedener Materialarten, wie Bleche oder Platten aus oberflächenbeschichtetem Stahl, Edelstahl, Aluminiumlegierungen, kaltgewalztem Stahl u. dgL geeignet

Wie oben erläutert erlaubt die Erfindung selbst dann eine genaue Bestimmung der Schweißqualität, wenn die Elektrodenspitzen deformiert oder so gequetscht sind, daß andere Strombahnquerschnitte entstehen. Die Anwendung der Erfinduiig ist mit einer relativ preisgünstigen Vorrichtung an jedem Schweißplatz möglich.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung 4er Schweißqualität beim Widerstandsschweißen, bei dem miteinander zu verschweißende Teile zwischen angedrückten Elektroden geklemmt sind, wobei die den Schweißelektroden zugeführte Elektrodenspannung und der zwischen den Schweißelektroden fließende Elektrodenstrom gemessen werden, dadurch gekenn- zeichnet, daß während der Schweißung

— unmittelbar vor Abschaltung des Elektrodenstroms der Elektrodenwiderstand ermittelt und mit einem festgelegten Bezugs-Elektrodenwiderstand verglichen wird,

— der Maximalwert der gemessenen Elektrodenspannungswerte erfaßt und mit einer festgelegten Bezugs-Elektrodenspannung verglichen wird, und daß

— in Abhängigkeit davon, cb der Eiektrodenwiderstand und der Maximaiwert der gemessenen Elektrodenspannung innerhalb zulässiger Grenzen liegen, ein Entscheidungssignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich

— der Zeitraum des Elektrodenstromflusses gemesse;', wird,

— der Elektrodenstrom >.<nd der Zeitraum des Elektrodenstromflusses mit einem gegebenen Bezugs-Elektrodenstrom bzw. einem gegebenen Bezugs-Stromflußzeitraum verglichen wer-

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— in Abhängigkeit davon, ob auch der gemessene Elektrodenstrom und der Zeitraum, in dem der Elektrodenstrom fließt, innerhalb jeweils zulässiger Grenzen liegen, ein Entscheidungssignal erzeugt wird.

3. Verfahren zur Ermittlung der Schweißqualität beim Widerstandsschweißen, bei dem miteinander zu verschweißende Teile zwischen angedrückten Schweißelektroden geklemmt sind, wobei die den Schweißelektroden zugeführte Elektrodenspannung und der zwischen den Schweißelektroden fließende Elektrodenstrom gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß während der Schweißung

— die gemessene Elektrodenspannung mit einer festgelegten Bezugs-Elektrodenspannung verglichen wird,

— eine Anzahl von über der gegebenen Bezugs-Elektrodenspannung liegenden Elektrodenspannungssignalen gezählt und

— der erreichte Zählwert mit einem festgelegten Impulszählwert verglichen wird, und daß

— in Abhängigkeit davon, ob der Elektro-denwiderstand und der Zählwert der über der Bezugs-Elektrodenspannung liegenden Elektrodenspannungssignale innerhalb jeweils zulässiger Grenzen liegen, ein Entscheidungssignal erzeugt wird.

4. Verfahren zur Ermittlung der Schweißqualität beim Widerstandsschweißen, bei dem miteinander zu verschweißende Teile zwischen angedrückten Schweißelektroden geklemmt sind, wobei die den Schweißelektroden zugeführte Elektrodenspannung und der zwischen den Schweißelektroden fließende Elektrodenstrom gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß während der Schweißung

— unmittelbar vor Abschaltung des Elektrodenstroms der Elektrodenwiderstand ermittelt und mit einem festgelegten Bezugs-Elektroden widerstand verglichen wird,

— eine festgelegte Bezugs-Elektrodenspannung von der gemessenen Elektrodenspannung subtrahiert wird,

— die so erhaltene Elektrodenspannung integriert und das so ermittelte integral mit einem Bezugsintegral verglichen wird, und daß

— in Abhängigkeit davon, ob der Elektrodenwiderstand und das Integral der subtrahierten Elektrodenspannung innerhalb zulässiger Grenzen liegen, ein Entscheidungssignal erzeugt wird.

5. Vorrichtung zur Ermittlung der Schweißqualität beim Widerstandsschweißen von Teilen, die zwischen angedrückten Schweißelektroden geklemmt sind, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einem Spannungssensor (4) und einem Stromsensor (5) zum Messen der zwischen den Schweißelektroden vorhandenen Spannung und des zwischen diesen flieBenden Elektrodenstroms, gekennzeichnet durch

— eine Recheneinheit (13) ii.s Berechnung eines Elektrodenwiderstands aus den durch die Sensoren (4,10)gemessenen Elektrodenspannungsund Stromwerten,

— einen Generator (15) zur Vorgabe eines Bezugswiderstandes,

— einen ersten Komparator/Diskriminator (14), weicherden von der Recheneinheit errechneten Elektrodenwiderstandswert mit einem vorgebbaren Bezugswiderstandswert vergleicht und ein Zulässigkeitssignal ausgibt, wenn der gemessene Widerstandswert kleiner als der Bezugswert ist,

— eine den Maximalwert der vom Spannungssensor gemessenen Elektrodenspannung festhaltende Maximalspannungs-Halteschaltung.

— einen Bezugsspannungsgenerator (7),

— einen zweiten Komparator/Diskriminator (8), welcher einen in der Halteschaltung (6) festgehaltenen Maximalwert der Elektrodenspannung mit einer von dem Bezugsspannungsgenerator bezogenen Bezugselektrodenspannung vergleicht und, wenn der gemessene Spannungswert größer ist als der Bezugswert, ein Zulässigkeitssignal ausgibt, und

— eine Qualitätsmcrkmal-Anzeigceinhcit (9), welche die Entscheidung »gut« nur dann anzeigt, wenn ihr die Zulässigkeitssignale von beiden Komparator/Diskriminatoren (14 und 8) zugeleitet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 2, gekennzeichnet durch

— einen zusätzlichen Strom/Stromflußzeitdiskriminator (18); welcher den vom Stromsensor gemessenen Elektrodenstrom sowie den Zeitraum, über den dieser Strom fließt, mit in ihm gespeicherten entsprechenden Bezugswerten vergleicht und, wenn die ermittelten Werte für den Strom und die Stromflußzeit innerhalb zulässiger Toleranzgrenzen liegen, ein Zulässigkeitssignal abgibt, wobei

— die Qualitätsmerkmal-Anzeigeeinheit (9*) die Entscheidung »gut« nur dann anzeigt, wenn sämtliche Zulässigkeitssignale der beiden Komparator/Diskriminatoren (14,8) und des Strom/ Stromflußzeitdiskriminators (18) vorliegen.

20

7. Vorrichtung zur Ermittlung der SchweiBquaUtät beim Widerstandsschweißen von Teilen, die zwischen angedrückten Schweißelektroden geklemmt sind, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 3, mit einem Spannungssensor (4) und einem Stromsensor (10) zum Messen der zwischen den Schweißelektroden vorhandenen Spannung und des zwischen diesen fließenden Elektrodenstroms, gekennzeichnet durch

— eine Recheneinheit (13) zur Berechnung eines Elektrodenwiderstands aus den durch die Sensoren (4, Ii)) gemessenen Elektrodenspannungsund Stromwerten,

— einen Generator (15) zur Vorgabe eines Bezugswiderstandes.

— einen ersten Komparator/Diskriminator (14), welcher den durch die Recheneinheit errechneten Elcktrodenwiderstandswert mit einem von den. Generator vorgegebenen Bezugswiderstandswert vergleicht und ein Zulässigkeitssignal ausgibt, wenn der gemessene Widerstandswert kleiner als der Bezugswert ist,

— einen Bezugsspannungsgenerator (7),

— einen zweiten Komparator/Diskriminator (8), weicher die von dem Spannjngssensor gemessene Elektrodenspannung mit einer von dem Bezugsspannungsgenerator bezogenen Bezugselektrodenspannung vergleicht Und, wenn der gemessene ?pannungswert größer als der Bezugswert ist, ein Impulssigna] ausgibt,

— einen Bezugs-Impulszählwertspeicher(20),

— einen Impulszählwertdiskriminator (19), welcher die von dem Komparator/Diskriminator (8) kommenden Impulssignale zählt, mit einem Bezugswert aus dem Bezugs-Impulszählwertspeicher vergleicht und ein Zulässigkeitssignal ausgibt, wenn der Impulszählwert mit dem Bezugswert übereinstimmt, und

— eine Qualitätsmerkmal-Anzeigeeinheit (9"), welche die Entscheidung »gut« nur dann anzeigt, wenn ihr sowohl von dem ersten Komparator/Diskriminator (14) als auch von dem Zählwertdiskriminator (19) die jeweiligen Zulässigkeitssignal*; zugeführt werden.

8. Vorrichtung zur .Ermittlung der Schweißqualität beim Widerstandsschweißen von Teilen, die zwischen angedrückten Schweißelektroden geklemmt sind, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 4, mit einem Spannungssensor (4) und einem Stromsensor (10) zum Messen der zwischen den Schweißelektroden vorhandenen Spannung und des zwischen diesen fließenden Elektrodenstroms, gekennzeichnet durch

— eine Recheneinheit (13) zur Berechnung eines Elektrodenwiderstands aus den durch die Sensoren (4 und 10) gemessenen Elektrodenspannungs- und Stromwerten,

— einen Generator (15) zur Vorgabe eines Bezugswiderstands,

— einen ersten Komparator/Diskriminator (14), welcher den von der Recheneinheit errechneten Elektrodenwiderstandswert mit einem vorgegebenen Bezugswiderstandswert vergleicht und ein Zulässigkeitssignal ausgibt, wenn der gemessene Widerstandswert VJeiner als der Bezugswiderstsüdswert ist,

— einen Bezugs-Spannungsgeneraior (7') zur Vorgabe eines Spannungsgrundwerts,

— einen Differenzverstärker (21), welcher die von dem Spannungssensor gemessene Elektrodenspannung mit einer Grundspannung aus dem Generator (7') vergleicht und, wenn der gemessene Spannungswert größer als der Grundspannungswert ist, ein Signal ausgibt, — einen die Signale aus dem Differenzverstärker (21) integrierenden Integrator (22),

— einen weiteren Generator (23) zur Erzeugung eines Referenz-Integralwerts,

— einen Komparator/Diskriminator (8'), welcher das von dem Integrator (22) integrierte Signal mit einem Bezugsintegral aus dem weiteren Generator (23) vergleicht und ein Signa! ausgibt, wenn beide Werte übereinstimmen und

— eine Qualitälsinerkmal-Anzeigceinheit (9"), welche die Entscheidung »gut« nur dann zeigt, wenn ihr die betreffenden Zulässigkeitssignale aus den beiden Komparator/Diskriminatoren (14 und 8') zugeleitet werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine zwischen der Stromversorgung (16) und dem Stromsensor (10) angeordnete Strom/Stromflußzeit-Reguliereinheit (17), welche den über die Elektroden fließenden Elektrodenstrom konstant hält sowie Start-Stopsignale und ein Taktsignal zur Synchronisation mit anderen Einheiten der Vorrichtung ausgibt

JO. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine mit dem Spannungssensor (4) in Verbindung stehende Spitzenspannungshalteschaltung (5) zum Festhalten jedes gemessenen Spannungshalbwellen-Spitzenwertes für eine halbe Periode und eine zwischen dem Stromsensor und der Widerstant'srecheneinheit angeordnete Spitzenstromhalteschaltung (11) zum Festhalten jedes gemessenen Strömhalbweilen-Spitzenwertes für eine halbe Periode.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Schaltung zum Ausblen den einer Anfaii^selektrodenspannung, die wegen eines zu hohen Kontaktwiderstands zwischen den zu verschweißenden Teilen außergewöhnlich hoch ist.