DE3728329A1 - Widerstandsschweissverfahren, insbesondere punktschweissverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandsschweißver­ fahren, insbesondere Punktschweißverfahren, bei welchem den Elektroden durch Verändern des Phasenanschnittswinkels der Netzwechselspannung oder durch Auslassen von Schweißstrom­ impulsen dosiert Energie zugeführt wird und die Elektroden­ spannung kontinuierlich gemessen wird.

Zur Bemessung der Schweißenergie sind verschiedene Verfah­ ren bekannt, bei denen der Schweißstrom und/oder die Schweißspannung gemessen und je nach Verfahren daraus der Widerstand oder durch Integration über die Zeit die Schweißenergie gewonnen wird. Eine dieser gemessenen oder ermittelten Größen stellt den Istwert dar, der mit durch Versuchsschweißungen gewonnenen Sollwerten verglichen wird. Bei Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten erfolgt eine Ausregelung über eine Änderung des Phasenan­ schnittswinkels der Netzwechselspannung. Bei diesen Ver­ fahren werden Störgrößen erfaßt, und die Ausregelung über den Phasenschnittwinkel kann während der jeweils folgenden Netzhalbperiode erfolgen. Solche Regelverfahren werden in der DE-OS 23 46 561 und der DE-OS 25 26 870 beschrieben.

Bei anderen Schweißverfahren wird die einer Schweißstelle zugeführte Energie bestimmt und nach Erreichen einer ge­ wünschten Gesamtarbeit die Zufuhr weiter elektrischer Energie abgeschaltet.

In der DE-OS 33 01 039 ist ein Widerstandsschweißverfahren beschrieben, mit dessen Hilfe es möglich ist, der Schweiß­ stelle während jeder Netzhalbperiode eine einem Sollwert entsprechende definierte Energiemenge zuzuführen.

Schließlich ist aus der DE-OS 33 20 237 ein Widerstands­ punktschweißverfahren bekannt, bei dem der Zustand der Werkstücke und der Maschine vor dem Schweißen durch Messen gewisser Variablen diagnostiziert wird und der Schweiß­ prozeß entweder abgebrochen wird, wenn eine der Variablen nicht innerhalb vorbestimmter Grenzen ist, oder Leistungs­ impulse zum Schweißen der Werkstücke zugeführt werden, wenn alle Variablen innerhalb des Bereiches sind, in dem eine akzeptable Schweißung erzielbar ist. Bei diesem Verfahren wird ein adaptiver Regler eingesetzt, der mit einem Mikro­ computer und besonderen Peripheriegeräten die Überwachung mehrerer Prozeßvariablen und die Echtzeitsteuerung der Punktschweißmaschine bewirkt.

Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß Schweiß­ störungen infolge zu großer Schweißströme und daraus resul­ tierender Spritzer nicht rechtzeitig erkannt und verhindert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Schweißfehler infolge verlorenen oder ungenügenden Kontakts der Elektroden mit dem Werkstück vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energiezufuhr verringert wird, wenn die Elektrodenspannung während einer Phasenanschnittspause eine einstellbare Schwelle, z. B. 10 Millivolt, überschreitet.

Mit Hilfe eines Stromsensors, beispielsweise eines Rogowski­ gürtels, werden die Strompausen präzise ermittelt und in diesen Strompausen die Elektrodenspannung gemessen. Ist der Kontakt zwischen den Elektroden und dem Werkstück gut, dann ist die in den Phasenanschnittspausen gemessene Elektrodenspannung klein. Geht aber infolge einer mecha­ nischen Störung, zum Beispiel klemmender Elektroden oder zu hoher Schweißenergie und dadurch nicht ausreichend schnelles Nachschieben der Elektroden, der Kontakt zwischen den Elektroden und dem Werkstück verloren, dann benimmt sich die Schweißmaschine wie ein offener Transformator und es ist an den Elektroden eine Störspannung oder Brummspan­ nung meßbar, die aus dem Wechsel- oder Drehstromnetz stammt. Sobald in den Phasenanschnittspausen der gemessene Wert der Elektrodenspannung einen bestimmten, insbesondere ein­ stellbaren Schwellenwert überschreitet, ist dies ein sicheres Signal für die Tatsache, daß der Elektrodenkontakt nicht ausreichend ist und bei der folgenden Halbwelle infolge des sich bildenden Lichtbogens zuviel Energie in die Schweiß­ stelle gebracht wird. Durch entsprechendes Anschneiden der folgenden Phase oder durch Abschalten oder Auslassen des folgenden Schweißimpulses wird die Schweißung so gesteuert, daß ein Überhitzen der Schweißstelle nicht eintritt.

Das Verfahren kann dadurch noch feinfühliger gemacht werden, daß nicht die aus dem Netz stammende Brummspannung gemes­ sen wird, sondern eine auf die Elektroden gegebene Stör­ spannung aus einer im Vergleich zum Sekundärkreis der Schweißmaschine hochohmigen Spannungsquelle. Diese Stör­ spannung sollte eine Frequenz haben, die so hoch ist, daß in jeder Phasenanschnittspause mindestens ein Spannungs­ maximum fällt. Diese Störspannung sollte eine Frequenz von 1 bis 2 Kilo-Hertz haben.

Um das Steuergerät optimal den unterschiedlichen Schweiß­ maschinen anpassen zu können, ist es vorteilhaft, die Frequenz der Störspannung im Bereich von 100 Hertz bis 100 Kilo-Hertz einstellbar auszubilden.

Die Brummspannung oder die künstlich aufgedrückte Stör­ spannung ist sofort innerhalb des vom Rogowskigürtel detek­ tierten Fensters, d. h. innerhalb der Phasenanschnittspau­ sen, meßbar, sobald der Kontakt der Elektroden mit dem Werkstück ungenügend ist.

Wird eine bestimmte einstellbare Schwelle, beispielsweise 10 oder 20 Millivolt, überschritten, dann wird die Energie­ zufuhr augenblicklich beispielsweise um 15% reduziert und dann allmählich gesteigert, bis erneut die Schwelle über­ schritten ist und die Energiezufuhr augenblicklich um einen größeren Betrag reduziert wird.

Auf diese Weise ist zusätzlich zu den bekannten Verfahren zur Steuerung der Widerstandsschweißung eine Steuerung sozusagen entlang der Brummgrenze möglich, so daß Über­ hitzungen und Spritzer an den Schweißstellen zuverlässig vermieden sind.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist jeweils zuerst die bei gutem Kontakt der Elektroden mit dem Werkstück in den Phasenanschnittspausen gemessene Elektrodenspannung zu er­ mitteln und eine Schwelle von beispielsweise 10 oder 20 Millivolt einzustellen. Überschreitet in den Phasenan­ schnittspausen die Elektrodenspannung diesen Wert, dann ist die Energiezufuhr schlagartig um einen bestimmten einstell­ baren Wert zu reduzieren. Die Minderung der Energiezufuhr sollte um einen Betrag erfolgen, der zwischen 1 und 20% einstellbar ist. Die nach der Minderung der Energiezufuhr einsetzende allmähliche Steigerung kann um ebenfalls ein­ stellbare Beträge, zum Beispiel 0,1% je Halbwelle, erfol­ gen.

Da die innerhalb der Phasenanschnittspausen gemessene Elektrodenspannung sehr klein ist, muß zuerst ermittelt werden, bei welcher Anzeige die Elektrodenspannung Null ist.

Es wird dann eine Schwelle zwischen 1 bis 100 Millivolt festgelegt, bei deren Überschreiten die Energiezufuhr re­ duziert werden muß. Diese Schwelle ist je nach Schweißma­ schine, Schweißmaterial und Abmessungen des Werkstückes unterschiedlich. Bei Aufbringen einer künstlichen Stör­ spannung kann die Schwelle auch über 500 Millivolt liegen.

Claims (7)

1. Widerstandsschweißverfahren, insbesondere Punktschweiß­ verfahren, bei welchem den Elektroden durch Verändern des Phasenanschnittswinkels der Netzwechselspannung oder durch Auslassen von Schweißstromimpulsen dosiert Energie zuge­ führt wird und die Elektrodenspannung kontinuierlich ge­ messen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr verringert wird, wenn die Elektroden­ spannung während einer Phasenanschnittspause eine einstell­ bare Schwelle, z. B. 10 Millivolt, überschreitet.

2. Widerstandsschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Auftreten eines Spaltes bzw. bei Verlust des elektrischen Kontaktes zwischen den Elektro­ den innerhalb einer Phasenanschnittspause meßbare, aus dem Wechsel- oder Drehstromnetz stammende Stör- oder Brummspannung gemessen wird.

3. Widerstandsschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Elektroden aus einer Spannungs­ quelle mit großem inneren Widerstand im Vergleich zum Sekun­ därkreis der Schweißmaschine eine Störspannung aufgegeben wird.

4. Widerstandsschweißverfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Störspannung eine Wechselspannung von 1 bis 2 Kilo-Hertz ist.

5. Widerstandsschweißverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Störspannung im Bereich von 100 Hertz bis 100 Kilo-Hertz einstellbar ist.

6. Widerstandsschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten der Schwelle die den Elektroden je Halbwelle zugeführte Energie augenblicklich um beispielsweise 10 bis 20% reduziert und bei den folgenden Halbwellen so lange um beispielsweise 2% gesteigert wird, bis die Schwelle überschritten und die Energie erneut um 10 bis 20% reduziert wird.

7. Widerstandsschweißverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Minderung der Energiezufuhr um einen einstellbaren Betrag zwischen 1 und 20% erfolgt und die Steigerung der Energiezufuhr um einen einstellbaren Betrag, zum Beispiel 0,1% je Halbwelle, erfolgt.