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Verfahren zum Uberwachen oder/und Regeln eines Schweißvo#nges
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mit magnetisch bewegtem Lichtbogen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Uberwachen oder/und Regeln eines Schweißvorganges mit magnetisch bewegtem Lichtbogen
durch Vergleich eines durch Messung gewonnenen Istwerts mit einem zuvor, z.B. durch
Versuchsschweißungen, ermittelten, vorgegebenen Sollwert.
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Das Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen wird durch Netzschwankungen,
Gleichrichtererwörmung und verfahrensbedingte Einflüsse wie Abhub-Ungenauigkeit
und Lichtbogenlaufungenauigkeit u.a.
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sehr ungünstig beeinflußt. Die Schweißqualita#t, die insbesondere
durch möglichst gleichmdßige und homogene Nahtverbindung und Längengenauigkeit der
geschweißten Werkstücke gekennzeichnet ist, wird durch solche Einflüsse sehr verschlechtert.
Versuche, den magnetisch gesteuerten Lichtbogenschweißprozeß und sein Ergebnis zu
stabilisieren sind bisher unzureichend geblieben. Beispielsweise hat ich die Netzsponnungsnachregelung
als unzulänglich für die Lösung des Problems erwiesen, außerdem wird die Stromquellencharakteristik
durch die Thyristoransteuerung gewandert.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher, ein Verfahren
anzugeben, durch das eine gegenüber den bisherigen Stabilisierungsmaßnahmen beim
Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen merklich höhere Schweißqualität erreicht
werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
als Sollwert ein jeweils in einem bestimmten Zeitintervall des Schweißvorganges
zu erreichender Wert oder Zwischenwert des Integrals idt von tk bis t des Schweißstroms
Uber die Schweißzeit gewählt wird, d.h., daß während des Schweißvorgangs der Strom
i in Abhängigkeit von der Zeit t gemessen und das Integral idt von tk bis t gebildet
wird, und der Schweißvorgang solange durchgeführt wird, bis das Integral einen für
das betreffende Schweißzeitintervoll, daß beim Schweißen mit konstantem Strom die
gesamte Schweißi it umfassen kann, vorgegebenen Wert erreicht hat. Mit dem Wert
tk in dem Integral ist jeweils der Beginn eines Schweißzeitintervalls, also beim
ersten Intervall oder beim Schweißen mit konstantem Strom der Zeitpunkt t 1 0 gemeint.
Man kann natürlich auch bei jedem neu zu beginnenden Schweißzeitintervall mit dem
Zählen der Zeit von neuem, d.h. vom Wert Null beginnen. Ei wird also beim Schweißen
ohne
Stromprogramm, also mit konstantem Strom, die gesamte während des Schweißvorgangs
erforderliche Ladung in Amperesekunden als zu erreichender Sollwert angegeben. Beim
Schweißen gem. einem Stromprogramm, bei dem also während einzelner Zeitabschnitte
des Schweißfiorgunges jeweils bestimmte, unterschiedliche Stromwerte (Stromblöcke)
vorgegeben werden, wird für jeden einzelnen der Stromblöcke die Ladung als Sollwert
vorgegeben. Der Schweißvorgang erfolgt dann unter ständiger Bildung des augenblicklichen
Integralwertes als Funktion der Zeit entsprechend dem Ablauf der einzelnen Stromblöcke.
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Die Erfindung ermöglicht, wenigstens bis zu einem gewissen Grad, Abweichungen
des Stroms von einem vorgeschriebenen Wert, bedingt durch etwaige Störquellen oder
sonstige Einflüsse, durch die Schweißzeit auszugleichen. Durch eine solche Zeitkorrektur
können auch, zumindest
Innerhalb gewisser Grenzen, Abweichungen infolge von Längen-
bzw. Wondstdrkentoleronzen der Werkstücke ausgeglichen werden. Durch eine
solche
erfindungsgemd.ße Steuerung des Schweißvorganges Uber die Zeit wird eine erhebliche
Verbesserung der Schweißqualität, insbesondere eine gute Gleichmdßigkeit und Homogenitöt
der Schweißnaht, erreicht.
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Es ist zwar bereits beim Widerstandsschweißen bekannt, den Schweißvorgang
durch die Ermittlung des Integrals Uber die elektrische Spannung oder elektrische
Energie zu steuern Hierdurch ergibt sich jedoch kein Hinweis darauf, daß bei einem
Schweißvorgang mit Magnetisch bewegtem Lichtbogen die hierbei zum Schweißen erforderliche
elektrische Ladung eine bestimmende Größe für die zu erreichende Schweißqualitat
ist.
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Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, zur Uberwachung
des Prozeßabiaufs das Uberschreiten einer für das Schweißintervall vorgegebenen
oberen 4itgrenze des Integrals kenntlich zu machen, also ein Signal zu geben, wenn
diese Situation eingetreten ist. Dieses Signal kann dann benutzt werden,fUr eine
Anzeige oder zum Abbruch des Schweißvorganges, weil die Verhdltnisse zwiruhen dem
Schweißstrom und der Schweißzeit nicht oder nicht mehr den technologischen Bedürfnisaen
entsprechen, und mit Ausschuß zu rechnen ist. Das Signal kann auch, soweit möglich,
ausgenutzt werden zum Nachstellen des Stroms, insbesondere durch Schalter, durch
die ein Vorwiderstand oder eine weitere Stromquelle zu- oder abgeschaltet wird,
um so noch innerhalb einer zuläigen Zeit den vorgegebenen Sollwert des Integrals
zu erreichen.
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Ebenso bietet die Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, daß bei
Unterschreiten einer für das Schweißintervall vorgegebenen unteren Zeitgrenze ebenfalls
ein entsprechendes Signal ausgelöst wird, beispielsweise weil wegen irgend-einer
nicht vorgesehenen Ursache der Strom viel zu hoch ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1: einen Schweißvorgang mit konstantem Strom und Fig.
2t einen Schweißvorgang gem. einem aus zwei Stromblöcken bestehenden Stromprogromm.
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G m. Fig. 1 ist für den Schweißvorgang ein Strom i für die Dauer einer
Zeit von 0 bis ts vorgegeben. Dies ist in Fig. 1 durch das 6 in durchgehenden Linien
gezeichnete Rechteck dargestellt.
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Diesem vorgegebenen Strom und der vorgegebenen Schweißzeit entspricht
ein bestimmter Sollwert des Integrals idt von 0 bis t, der gleich dem Flöcheninhalt
dieses Rechtecks 1. x t; ist. Dieser Wert, der 5 5 der aufzuwendenden Ladung entspricht,
wird also als Sollwert vorgegeben.
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Weicht der Strom während des Schweißvorganges aus irgendwelchen Gründen
von dem vorgegebenen und erwarteten Stromwert ab, beträgt er beispielsweise bei
Ablauf der Zeit t' im Mittel nur i, so wird 5 wird durch eine in an sich bekannter
Weise aufgebaute Steuereinrichtung der Schweißvorgang noch so lange aufrecht erhalten,
bis das Integral i dt von 0 bis t diesen Sollwert erreicht hat, was in der Darstellung
gem. Fig. 1 bei der Zeit t der Fall ist, ndmlich dann, wenn @ die Fldche des in
gestrichelten Linien gezeichneten Rechtecks gleich derjenigen des in durchgehenden
Linien gezeichneten Rechtecks i# # tu ist.
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Im Fall der Fig. 2 ist ein Stromprogramm vorgegeben, bei dem zunächst
von der Zeit tj bis zur Zeit tu mit einem hohen Strom und dann von der Zeit tu bis
zur Zeit t3u mit einem etwas verringerten Strom ge-
fahren bzw.
geschweißt werden soll Dieses Stromprogramm besteht aus zwei Stromblöcken bzw. Rechtecken,
die in Fig. 2 in durchgehenden Linien gezeichnet sind. Durch die Fldchen dieser
Rechtecke ist jeweils der Sollwert des vorerwähnten Integrals in Amperesekunden
gegeben.
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Während des Schweißvorganges wird ständig bzw. in kurzen Abständen
jeweils der Istwert dieses Integrals für jedes Intervall tl bis t21 und t2 bis t3
gebildet und der Schweißvorgang bis zu Beginn des folgenden Intervalls solange fortgesetzt,
bis der Sollwert des Integrals erreicht ist. Entspricht beispielsweise der Stromverlauf
nicht den mit den durchgehenden Linien gezeichneten sondern den mit gestrichelten
Linien gezeichneten Werten, so wird im ersten Intervall nicht von tj bis t2 sondern
bis t2 der Schweißvorgang fortgesetzt. Alsdann wird das folgende Intervall begonnen.
Dieses Intervall beginnt nun nach dem Ende des ersten Intervalls im Zeitpunkt t2
(tk æ tag)~ Bei dem für dieses Intervall beispielsweise angenommenen, ebenfalls
mit geatrichelten Linien dargestellten mittleren Stromwert wird der Schweißvorgang
dann durch die Steuereinrichtung für dieses Intervall bereits im Zeitpunkt t3 beendet,
wenn die Fldche des in gestrichelten Linien dargestellten zweiten Stromblockes gleich
ist der Fläche des in durchgehenden Linien gezeichneten Stromblocks.
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Es leuchtet ein, daß das vorbeschriebene Verfahren auch auf andere
Stromprogramme mit in Abhängigkeit von der Zeit beliebig verlaufenden Stromblöcken
bzw. Stromverläufen anwendbar ist. Die Erfindung ist daher nicht auf die dargestellten
Beispiele beschränkt,
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