DE4135882A1 - Welding process - by heating parts to be joined at welding seam and forging together with force using preset welding process parameters - Google Patents
Welding process - by heating parts to be joined at welding seam and forging together with force using preset welding process parametersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen von Bauteilen mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a method and a device for welding components with the characteristics in Preamble of the main claim.
In der Praxis sind verschiedene Schweißverfahren bekannt, bei denen die zu verbindenden Bauteile an der Schweißstelle durch elektrische, mechanische oder andere Energie erwärmt und anschließend mit einer Stauchkraft (F) unter Eintritt einer Verkürzung (d) zusammengefügt werden. Derartige Schweißverfahren sind Reibschweißen, Widerstandsschweißen, Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen und dergleichen. Bei all diesen Schweißverfahren ist es bislang nicht möglich, auf schnelle und zuverlässige Weise die für eine korrekte Schweißung erforderliche Prozeßparameter zu ermitteln. Es sind vielmehr zahlreiche Versuche in Verbindung mit einer anschließenden zerstörenden Werkstückprüfung erforderlich. Einmal gefundene Parameter lassen sich auch nicht von einem auf den anderen Prozeß übertragen. Die Versuchsreihen müssen jedesmal von neuem durchgeführt werden. Bislang ist es auch nicht möglich, eine Qualitätsüberwachung von Schweißprozessen ohne aufwendige Werkstoff- und Werkstückprüfung durchzuführen. Insbesondere ist eine Qualitätskontrolle bei Serienschweißungen schwierig. Various welding processes are known in practice, where the components to be connected at the welding point heated by electrical, mechanical or other energy and then with a compressive force (F) under entry a shortening (d). Such Welding processes are friction welding, resistance welding, Welding with a magnetically moved arc and the like. So far, it has been with all of these welding processes not possible in a quick and reliable way correct welding required process parameters determine. Rather, there are numerous attempts in Connection with a subsequent destructive Workpiece inspection required. Parameters found once don't let yourself go from one process to another transfer. The test series must be repeated each time be performed. So far it is also not possible quality monitoring of welding processes without to carry out complex material and workpiece testing. In particular, quality control is included Series welding difficult.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur schnelleren und verläßlicheren Ermittlung, Einstellung und Überwachung von Prozeßparametern aufzuzeigen.It is an object of the present invention, one way for faster and more reliable determination, adjustment and monitoring of process parameters.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens-, Vorrichtungs- und Verwendungsanspruch.The invention solves this problem with the features in Process, device and use claim.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die für eine korrekte Schweißung erforderlichen Prozeßparameter schnell und ohne oder mit nur wenigen Versuchen ermittelt und eingestellt werden können. Außerdem läßt sich durch eine entsprechende Kontrolle der bei dem Schweißprozeß ermittelten Parameter eine bessere Prüfung und Überwachung der Schweißqualität durchführen.The inventive method has the advantage that the for correct welding required process parameters determined quickly and without or with just a few attempts and can be adjusted. You can also by appropriate control of the welding process determined parameters for better testing and monitoring the welding quality.
Wenn die Prozeßparameter nach der erfindungsgemäßen Lehre eingestellt sind, kann man von einem ordnungsgemäßen Schweißprozeß ausgehen. Ist das Schweißergebnis trotzdem nicht zufriedenstellend, indem beispielsweise die Verkürzung (d) zu groß oder zu klein ist, liegt die Ursache mit größter Wahrscheinlichkeit nicht bei den Prozeßparametern, sondern bei anderen Randbedingungen. Mögliche Ursachen können eine unzureichende Spanntechnik, eine fehlerhafte Bauteilvorbereitung, falsche Wandstärken und dergleichen andere außerhalb des eigentlichen Schweißvorgangs liegende Gründe sein. Die Fehlerbehebung und Optimierung des Bearbeitungsvorganges ist dann wesentlich vereinfacht. Die Zahl der Einflußmöglichkeiten ist verringert und auf wenige überschaubare Einflußgrößen reduziert. Bislang mußte man auch noch die Prozeßparameter als mögliche Ursachen in Betracht ziehen und hatte ein entsprechend aufwendiges Optimierungsverfahren. If the process parameters according to the teaching of the invention can be set from a proper Welding process run out. Is the welding result anyway unsatisfactory by, for example, the The shortening (d) is too large or too small most likely not with the Process parameters, but with other boundary conditions. Possible causes can be an insufficient clamping technology, incorrect component preparation, wrong wall thicknesses and the like other outside of the real thing Welding process. Troubleshoot and optimization of the machining process is then much simplified. The number of possibilities of influence is reduced and to a few manageable influencing factors reduced. So far, process parameters had to be used consider as possible causes and had one correspondingly complex optimization process.
Aus dem Produkt der prozeßspezifischen Konstante (A) mit der Verkürzung (d) ergibt sich ein verfahrensspezifischer Gütefaktor (K), der überraschenderweise konstant ist. Innerhalb eines Schweißverfahrens, beispielsweise des Schweißens mit magnetisch bewegtem Lichtbogen, gilt dieser Gütefaktor (K) für alle Schweißaufgaben oder Schweißprozesse. Hierdurch lassen sich in der Voreinstellung und im nachhinein in Form einer Qualitätsprüfung die anzuwendenden oder eingestellten Prozeßparameter auf ihre Tauglichkeit für eine ordnungsgemäße Schweißung überprüfen. Ergibt das aus den gewählten oder eingestellten Prozeßparametern errechnete Verhältnis der wärmeerzeugenden Energie (Ew) zur Stauchkraft (F) einen (K)-Wert außerhalb der gegebenen Grenzen, stimmen die Prozeßparameter nicht und das Schweißergebnis ist aller Voraussicht nach ungenügend. Liegt der errechnete K-Wert jedoch innerhalb der Grenzen für den Gütefaktor (K), kann im wesentlichen von einem ordnungsgemäßen Schweißprozeß ausgegangen werden. Innerhalb der Grenzen läßt sich zwar noch eine gewisse Optimierung betreiben, im großen und ganzen stimmen aber die Parameter.The product of the process-specific constant (A) with the shortening (d) results in a process-specific quality factor (K), which is surprisingly constant. Within a welding process, for example welding with a magnetically moved arc, this quality factor (K) applies to all welding tasks or welding processes. As a result, the process parameters to be used or set can be checked for their suitability for proper welding in the presetting and afterwards in the form of a quality check. If the ratio of the heat-generating energy (E w ) to the compression force (F) calculated from the selected or set process parameters results in a (K) value outside the given limits, the process parameters are incorrect and the welding result is likely to be insufficient. However, if the calculated K-value lies within the limits for the quality factor (K), a proper welding process can essentially be assumed. A certain optimization can still be carried out within the limits, but the parameters are generally correct.
Für jedes Schweißverfahren gelten eigene Werte und Grenzen für den Gütefaktor (K). In der bevorzugten Ausführungsform für das Schweißen mit einem magnetisch bewegten Lichtbogen liegt der Gütefaktor (K) zwischen 0,85 und 1,5. Bei bestimmten hochvergüteten Stählen oder hoch kohlestoffhaltigen Materialien, wie Gußeisen, empfiehlt sich ein Wertebereich zwischen 0,85 und 1,0. Die besten Ergebnisse ergeben sich in unmittelbare Nähe eines Wertes von 1,0. Die Werte beziehen sich auf die Vorgabe, daß für die wärmeerzeugende Energie (Ew) bei diesem Schweißverfahren von der aufgewendeten elektrischen Energie (Ee) ausgegangen wird. Each welding process has its own values and limits for the quality factor (K). In the preferred embodiment for welding with a magnetically moved arc, the quality factor (K) is between 0.85 and 1.5. For certain high-tempered steels or high-carbon materials such as cast iron, a value range between 0.85 and 1.0 is recommended. The best results are in the immediate vicinity of a value of 1.0. The values refer to the specification that the heat-generating energy (E w ) used in this welding process is based on the electrical energy (E e ) used.
Anhand des für jedes Schweißverfahren gegebenen Gütefaktors (K) können die Prozeßparameter nicht nur nachträglich überprüft, sondern auch von vorneherein korrekt ermittelt und eingestellt werden. Hierzu ist eine entsprechend geeignete Steuerung vorgesehen, die die einzelnen Prozeßparameter unter Berücksichtigung des Gütefaktors (K) aus gespeicherten Tabellen oder Diagrammen ermittelt oder aus einer Formel errechnet und an der Schweißvorrichtung einstellt. Damit lassen sich auch für neue und nichterprobte Schweißaufgaben beziehungsweise Schweißprozesse von vorneherein ohne lange Versuche korrekte Prozeßparameter ermitteln und einstellen. Nachdem die Prozeßparameter aus technischen Gründen gewissen Schwankungen unterliegen, können zwar noch Feinarbeiten und Abstimmungskorrekturen erforderlich sein. Diese halten sich aber in einem sehr kleinen und überschaubaren Rahmen und erfordern nur einen verhältnismäßig geringen Aufwand.Based on the quality factor given for each welding process (K) the process parameters can not only be retrofitted checked, but also correctly determined from the outset and be set. One is appropriate for this appropriate control provided that the individual Process parameters taking into account the quality factor (K) determined from stored tables or diagrams or calculated from a formula and on the welding device sets. It can also be used for new and untested welding tasks respectively Welding processes right from the start without long tests determine and set correct process parameters. After this certain the process parameters for technical reasons Fluctuations are subject to precision work and Voting corrections may be required. These last but in a very small and manageable framework and require relatively little effort.
Über die prozeßspezifische Konstante (A) läßt sich eine zusätzliche Qualitätsüberwachung im laufenden Prozeß einer Serien-Schweißung von Bauteilen durchführen. Die Konstante (A) ist von der Verkürzung (d) abhängig und kann sich somit vom einen zum anderen Schweißprozeß ändern. Der korrekte Wert für die Konstante (A) läßt sich jedoch aus dem Gütefaktor (K) in Verbindung mit der gewünschten Verkürzung (d) errechnen. Er bedarf, wenn überhaupt, nur noch einer geringfügigen Optimierung. Die Prozeßparameter unterliegen aus technischen Gründen bestimmten Schwankungen und können durchaus Toleranzen von bis zu ±15% haben. Bei einem ungünstigen Zusammentreffen der Toleranzen kann das Schweißergebnis trotz Einhalten der Toleranzgrenzen der einzelnen Prozeßparameter unzureichend sein. Durch die Errechnung und Überwachung des Ist-Wertes für (A) und einen Vergleich mit dem Soll-Wert von (A) läßt sich die Schweißqualität im Prozeß zuverlässig überwachen, ohne daß die Toleranzgrenzen für die Schweißparameter verringert werden müssen, was ohnehin aus technischen Gründen häufig nicht möglich ist. Für den Soll-Wert von (A) gelten dem Qualitätsrahmen entsprechend relativ enge Toleranzgrenzen, von beispielsweise ± 5%. Aufgrund dieser verbesserten Parameterüberwachung erhöht sich auch in entsprechendem Maß die Qualität. Hierdurch läßt sich innerhalb einer Serienfertigung die Beweisführung bei der Qualitätsüberwachung vereinfachen.You can use the process-specific constant (A) additional quality monitoring in the ongoing process of a Carry out series welding of components. The constant (A) depends on the shortening (d) and can therefore change from one welding process to another. The correct one However, the value for the constant (A) can be derived from the Quality factor (K) in connection with the desired shortening (d) calculate. He only needs one, if any minor optimization. The process parameters are subject certain technical fluctuations and can have tolerances of up to ± 15%. At a unfavorable coincidence of the tolerances can Welding result despite compliance with the tolerance limits individual process parameters may be insufficient. Through the Calculation and monitoring of the actual value for (A) and one The can be compared with the target value of (A) Monitor welding quality in the process reliably without the tolerance limits for the welding parameters are reduced have to be, which is common for technical reasons anyway not possible. This applies to the target value of (A) Quality framework corresponding to relatively narrow tolerance limits, of, for example, ± 5%. Because of this improved Parameter monitoring also increases accordingly the quality. This allows one Series production the evidence at Simplify quality monitoring.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.In the subclaims are further advantageous Embodiments of the invention specified.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Schweißmaschine in schematischer Darstellung.The invention is described using an exemplary embodiment in the drawing. Fig. 1 shows a welding machine in a schematic representation.
Die gezeigte Schweißmaschine (1) ist eine Vorrichtung zum Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen. Alternativ kann es sich auch um eine Reibschweißmaschine, eine Widerstandsschweißmaschine oder eine sonstige Vorrichtung handeln, bei der die beiden zu verbindenden Bauteile (2, 3) an der Schweißstelle durch elektrische, mechanische oder eine andere Energie erwärmt und anschließend mit einer Stauchkraft (F) unter Eintritt einer Verkürzung (d) zusammengefügt werden. Die Bauteile (2, 3) bestehen vornehmlich aus Metall, wobei die Materialien auch unterschiedlich sein können, z. B. eine Stahl/Guß-Paarung.The welding machine ( 1 ) shown is a device for welding with a magnetically moved arc. Alternatively, it can also be a friction welding machine, a resistance welding machine or another device in which the two components ( 2 , 3 ) to be connected are heated at the welding point by electrical, mechanical or other energy and then with a compressive force (F) Occurrence of a shortening (d). The components ( 2 , 3 ) mainly consist of metal, whereby the materials can also be different, e.g. B. a steel / cast pairing.
Bei der gezeigten Schweißmaschine (1) sind die beiden Bauteile (2, 3) in geeigneten Spannvorrichtungen (4) gehalten und werden in bekannter Weise zur Erzeugung eines Lichtbogens unter Strom gesetzt. Durch nicht dargestellte Spulen wird im Bereich des Spaltes (5) ein Magnetfeld erzeugt, das den zwischen den beiden Bauteilen (2, 3) gezündeten Lichtbogen rotieren läßt. Der Lichtbogen erwärmt und plastifiziert die spaltnahen Ränder der Bauteile (2, 3). Die Schweißmaschine (1) verfügt über eine Integralsteuerung für den Strom (1) und die Zeit (t) und kann mit einem Stromprogramm getrieben werden. Die Integralsteuerung und das Stromprogramm sind beispielsweise aus der DE-OS 22 20 819 und der DE-OS 28 39 544 bekannt.In the welding machine ( 1 ) shown, the two components ( 2 , 3 ) are held in suitable clamping devices ( 4 ) and are energized in a known manner to produce an arc. A magnetic field is generated in the area of the gap ( 5 ) by coils (not shown), which rotates the arc ignited between the two components ( 2 , 3 ). The arc heats and plastifies the edges of the components ( 2 , 3 ) close to the gap. The welding machine ( 1 ) has an integral control for the current ( 1 ) and the time (t) and can be driven with a current program. The integral control and the current program are known for example from DE-OS 22 20 819 and DE-OS 28 39 544.
Sobald die Bauteilränder ausreichend erwärmt und plastifiziert sind, werden die beiden Bauteile (2, 3) unter Schließen des Spaltes (5) aufeinander zu bewegt und mit einer Stauchkraft (F) zusammengedrückt. Hierbei tritt eine Verkürzung (d) der Gesamtlänge beider Bauteile (2, 3) ein. Vorzugsweise werden beim Stauchvorgang nur das eine Bauteil bewegt, während das andere festgehalten wird.As soon as the component edges are sufficiently heated and plasticized, the two components ( 2 , 3 ) are moved towards each other while closing the gap ( 5 ) and pressed together with a compression force (F). The total length of both components ( 2 , 3 ) is shortened (d). Preferably, only one component is moved during the upsetting process, while the other is held firmly.
Als Prozeßparameter sind für das Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen vor allem die Werte für den Strom (I), die Zeit (t), die Stauchkraft (F), die Spannung (U), die Breite des Spaltes (5) und die Verkürzung (d) maßgeblich. Die Spaltbreite und die Spannung (U) liegen maschinen- und verfahrensbedingt im wesentlichen fest und lassen sich nur in engen Grenzen variieren. Für eine Einstellung stehen also vorrangig die Prozeßparameter Strom (I), Zeit (t) und Stauchkraft (F) zur Verfügung. Die Verkürzung (d) kann in vielen Fällen selbst nicht direkt eingestellt werden, sondern ergibt sich aus dem Schweißprozeß. Sie hängt von unterschiedlichen Faktoren, wie Erwärmung, Gefüge der metallischen Bauteile, Wandstärken, Stauchkraft etc. ab. Es gibt allerdings auch die Variante, den Stauchweg und damit auch die Verkürzung (d) durch einen Anschlag zu begrenzen und auf einen bestimmten Wert festzulegen. Hierbei unterliegt allerdings dann die Stauchkraft (F) Schwankungen im Betrieb, was u. a. zu Gefügeänderungen im Bereich der Schweißnaht führen kann.The main process parameters for welding with a magnetically moved arc are the values for the current (I), the time (t), the compression force (F), the tension (U), the width of the gap ( 5 ) and the shortening ( d) decisive. The gap width and the voltage (U) are essentially fixed due to the machine and process and can only be varied within narrow limits. The process parameters current (I), time (t) and compression force (F) are therefore primarily available for setting. In many cases, the shortening (d) cannot be set directly, but results from the welding process. It depends on various factors, such as heating, structure of the metallic components, wall thicknesses, compressive force, etc. However, there is also the option to limit the compression travel and thus the shortening (d) by a stop and to set it to a certain value. Here, however, the compressive force (F) is subject to fluctuations in operation, which can lead, among other things, to structural changes in the area of the weld.
An der Schweißmaschine (1) werden für das beschriebene Schweißverfahren wie Prozeßparameter Strom (I), Zeit (t) und Stauchkraft (F) eingestellt, wobei sich die Verkürzung (d) aus dem Schweißprozeß ergibt. Von der Konstruktionsseite her gibt es Vorgaben über die Größe und die zulässigen Toleranzen, innerhalb der die sich einstellende Verkürzung (d) liegen muß, damit die geschweißten Bauteile (2, 3) brauchbar sind. On the welding machine ( 1 ) for the welding process described, process parameters such as current (I), time (t) and compression force (F) are set, the shortening (d) resulting from the welding process. From the construction side, there are specifications regarding the size and the permissible tolerances within which the shortening (d) that has to be set must lie so that the welded components ( 2 , 3 ) can be used.
Die Prozeßparameter (I), (t) und (F) können in bekannter Weise unter Heranziehung von empirisch ermittelten Tabellen getrennt eingestellt werden. In der gezeigten Ausführungsform hat die Schweißmaschine (1) eine besondere Steuerung (6), die diese Einstellung übernimmt. Die Steuerung (6) ist als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet. Sie besitzt eine vorzugsweise mit einem Mikroprozessor ausgebildete Recheneinheit mit mindestens einem schreib- und lesbaren Datenspeicher. In der Steuerung (6) können die Tabellen für (I), (t) und (F) abgelegt und gespeichert sein. Es werden dann die passenden Prozeßparameter ausgewählt und eingestellt. Die Steuerung (6) kann alternativ aber auch die Prozeßparameter anhand vorgegebener Rechenvorschriften berechnen und einstellen.The process parameters (I), (t) and (F) can be set separately in a known manner using empirically determined tables. In the embodiment shown, the welding machine ( 1 ) has a special control ( 6 ) which takes over this setting. The controller ( 6 ) is designed as a programmable logic controller. It has an arithmetic unit, preferably designed with a microprocessor, with at least one readable and readable data memory. The tables for (I), (t) and (F) can be stored and stored in the controller ( 6 ). The appropriate process parameters are then selected and set. Alternatively, the controller ( 6 ) can also calculate and set the process parameters on the basis of predefined calculation rules.
Maschinen- und verfahrensbedingt lassen sich die Prozeßparameter als Vorgabewerte zwar exakt einstellen. Nachdem sie aber von vielerlei Umgebungsbedingungen abhängen, können sie als Ist-Werte im Schweißprozeß deutlich schwanken, wobei Toleranzbreiten von ±15% nicht selten sind. Für andere Schweißverfahren und Schweißmaschinen der eingangs genannten Art ergeben sich ähnliche Bedingungen.Due to the machine and the process, Set process parameters exactly as default values. After being exposed to a variety of environmental conditions depend, they can be as actual values in the welding process fluctuate significantly, with tolerance ranges of ± 15% not are rare. For other welding processes and Welding machines of the type mentioned initially result similar conditions.
Die Güte des Schweißergebnisses hängt von der Wahl der Prozeßparameter, ihrer Schwankungsbreite und von äußeren Faktoren, wie Spanntechnik, exakte Formgebung und Bauteilvorbereitung, Wandstärken etc. ab. Entsprechend viele Faktoren lassen sich zu einer Optimierung des Schweißprozesses verändern, was die Suche nach den optimalen Werten schwierig und aufwendig macht.The quality of the welding result depends on the choice of Process parameters, their fluctuation range and external Factors such as clamping technology, exact shape and Component preparation, wall thicknesses, etc. Corresponding Many factors can be used to optimize the Welding process change what the search for the optimal values difficult and expensive.
Um wenigstens für den Schweißprozeß an sich verläßliche Kriterien zu haben, wird mit der Erfindung eine bestimmte Einstellung der Prozeßparameter unter Beachtung bestimmter gegenseitiger Abhängigkeiten vorgeschlagen. Die Prozeßparameter werden danach so eingestellt, daß das Verhältnis der wärmeerzeugenden Energie (Ew) zur Stauchkraft (F) gleich dem Produkt einer prozeßspezifischen Kontante (A) mit der zu erzielenden Verkürzung (d) ist.In order to have reliable criteria, at least for the welding process, the invention proposes a specific setting of the process parameters, taking into account certain interdependencies. The process parameters are then set so that the ratio of the heat-generating energy (E w ) to the compressive force (F) is equal to the product of a process-specific constant (A) with the shortening (d) to be achieved.
(Ew) / (F) = (A) × (d)(E w ) / (F) = (A) × (d)
Die prozeßspezifische Konstante (A) ist in der Regel nur für einen Schweißprozeß bzw. eine sogenannte Schweißaufgabe gültig. Sie hängt außerdem als Soll- und Ist-Wert von der vorgegebenen bzw. sich einstellenden Verkürzung (d) ab.The process-specific constant (A) is usually only for a welding process or a so-called welding task valid. It also depends on the target and actual value predetermined or emerging shortening (d).
Das Produkt aus der prozeßspezifischen Konstante (A) und der Verkürzung (d) ergibt jedoch eine Konstante, die als Gütefaktor (K) bezeichnet wird.The product of the process-specific constant (A) and the shortening (d), however, gives a constant as Quality factor (K) is called.
(A) × (d) = (K)(A) × (d) = (K)
Der Gütefaktor (K) ist nicht mehr auf den einzelnen Schweißprozeß bezogen, sondern verfahrensspezifisch. Der Gütefaktor (K) gilt als Soll-Wert daher für alle Schweißprozesse, bei denen mit einem umlaufenden Lichtbogen geschweißt wird. Er ist insoweit unabhängig von der aufgabengerechten Verkürzung (d). Für andere Schweißverfahren der genannten Art gibt es ebenfalls verfahrensspezifische Gütefaktoren (K), die wiederum für jeden Schweißprozeß innerhalb des Verfahrens Gültigkeit haben. The quality factor (K) is no longer on the individual Welding process related, but process-specific. The Quality factor (K) is therefore the target value for everyone Welding processes in which with a circulating arc is welded. In this respect it is independent of the task-appropriate shortening (d). For others There are also welding processes of the type mentioned process-specific quality factors (K), which in turn for every welding process within the procedure is valid to have.
Die Prozeßparameter sind danach so einzustellen, daß sich das hieraus ergebende Verhältnis der wärmeerzeugenden Energie (Ew) zur Stauchkraft (F) gleich dem vorgegebenen Gütefaktor (K) ist.The process parameters must then be set so that the resulting ratio of the heat-generating energy (E w ) to the compression force (F) is equal to the specified quality factor (K).
(Ew) / (F) = (K)(E w ) / (F) = (K)
Für das beschriebene Schweißverfahren mit magnetisch bewegtem Lichtbogen wird als wärmeerzeugende Energie (Ew) die aufgewendete elektrische Energie (Ee) herangezogen, die sich als Produkt aus Spannung (U), Strom (I) und Zeit (t) darstellt, (U) × (I) × (t).For the welding process described with a magnetically moved arc, the electrical energy (E e ) used as heat-generating energy (E w ), which is the product of voltage (U), current (I) and time (t), (U) × (I) × (t).
(Ee) / (F) = (K) ≧ (U) × (I) × (t) / (F) = (K)(E e ) / (F) = (K) ≧ (U) × (I) × (t) / (F) = (K)
Nachdem die Spannung (U) für die jeweilige Aufgabe im wesentlichen feststeht, läßt sich im Rahmen der Integralsteuerung vor allem das Produkt bzw. Integral überAfter the voltage (U) for the respective task in is established, can be within the scope of Integral control especially the product or integral over
(I) × (t)(I) × (t)
verändern und einstellen. Hieraus ergibt sich im weiteren, daß das Verhältnis des Produktes zur Stauchkraft (F)change and adjust. From this it follows that that the ratio of the product to the compressive force (F)
(I) × (t) / (F)(I) × (t) / (F)
konstant ist. Ist die korrekte Einstellung einmal gefunden, muß bei einer Veränderung des Stroms oder der Zeit die Stauchkraft entsprechend korrigiert werden und umgekehrt.is constant. Once the correct setting has been found, if the current or time changes, the Upsetting force can be corrected accordingly and vice versa.
Für das Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen gelten unter den vorgenannten Bedingungen und für die gewünschte hohe Schweißqualität Zahlenwerte für den Gütefaktor (K) zwischen 0,85 und 1,5. Bevorzugt wird der Bereich zwischen 0,85 und 1,0. Es empfiehlt sich insbesondere ein Wert von (K) im Bereich nahe 1,0. Apply to welding with a magnetically moved arc under the aforementioned conditions and for the desired high welding quality numerical values for the quality factor (K) between 0.85 and 1.5. The range between is preferred 0.85 and 1.0. A value of is particularly recommended (K) in the range close to 1.0.
Man kann nun anhand des Gütefaktors (K) von Hand oder auf andere Weise eingestellte Prozeßparameter auf ihre Tauglichkeit für eine ordnungsgemäße Schweißung überprüfen. Aus den Parameterwerten werden in der angegebenen Weise die elektrische Energie (Ee) und das Verhältnis zur Stauchkraft (F) berechnet. Der sich hieraus ergebende Wert wird mit dem Gütefaktor (K) verglichen. Liegt er innerhalb der angegebenen Grenzen, kann von einem ordnungsgemäßen Schweißprozeß ausgegangen werden. Liegt er außerhalb der Grenzen, sollten die Prozeßparameter, insbesondere (I), (t) und (F) entsprechend korrigiert werden.Using the quality factor (K), process parameters set manually or in another way can now be checked for their suitability for proper welding. The electrical energy (E e ) and the ratio to the compression force (F) are calculated from the parameter values in the specified manner. The resulting value is compared with the quality factor (K). If it is within the specified limits, a proper welding process can be assumed. If it is outside the limits, the process parameters, in particular (I), (t) and (F) should be corrected accordingly.
Innerhalb der gegebenen Grenzen des Gütefaktors (K) können die Prozeßparameter zur Feinoptimierung gleichfalls verändert werden. Damit können beispielsweise je nach Prozeß Bedingungen und Aufgabenstellung der Lichtbogenlauf optimiert, die Spritzerneigung verringert oder die Gefügebildung an der Schweißstelle beeinflußt werden.Can be within the given limits of the quality factor (K) the process parameters for fine optimization also to be changed. For example, depending on Process conditions and task of arcing optimized, the tendency to splash or reduced Microstructure formation at the welding point can be influenced.
Anhand des bekannten Gütefaktors (K) läßt sich anstelle einer nachträglichen Einstellungs- und Qualitätskontrolle auch von vorneherein eine korrekte Parametereinstellung realisieren. Hierzu werden in der Steuerung (6) aufgrund der einzugebenden Bauteilvorgaben und der gewünschten Verkürzung (d) die passenden Prozeßparameter, im wesentlichen Strom (I), Zeit (t) und Stauchkraft (F), errechnet oder ausgewählt und an der Schweißmaschine (1) eingestellt.Based on the known quality factor (K), instead of a subsequent setting and quality control, a correct parameter setting can also be implemented from the outset. For this purpose, the appropriate process parameters, essentially current (I), time (t) and compression force (F), are calculated or selected in the control ( 6 ) on the basis of the component specifications to be entered and the desired shortening (d), and are selected on the welding machine ( 1 ) set.
Über die prozeßspezifische Konstante (A) läßt sich im weiteren die Qualität eines laufenden Serien-Schweißprozesses überprüfen und überwachen. About the process-specific constant (A) can be in further the quality of an ongoing Check and monitor the series welding process.
Die prozeßspezifische Konstante (A) wird als Sollwert aus dem Gütefaktor (K) durch Division mit der gewünschten Verkürzung (d) errechnet. Alternativ kann der Soll-Wert von (A) auch bei einer einmal gefundenen optimalen Parametereinstellung aus dem Verhältnis der auf gewendeten elektrischen Energie (Ee) zum Produkt von Stauchkraft (F) und Verkürzung (d) errechnet werden. Als Soll-Wert repräsentiert die prozeßspezifische Konstante (A) die optimalen Prozeßparameter.The process-specific constant (A) is calculated as the target value from the quality factor (K) by division by the desired shortening (d). Alternatively, the target value of (A) can also be calculated from the ratio of the electrical energy (E e ) to the product of compression force (F) and shortening (d) once an optimal parameter setting has been found. The process-specific constant (A) represents the optimal process parameters as the target value.
Die eingestellten Prozeßparameter können in der eingangs erwähnten Weise schwanken. Bei ungünstiger Ergänzung ihrer Toleranzen könnten sich Schwankungsbreiten des Ist-Wertes von (A) von ±20% und mehr ergeben. Es ist trotz korrekt eingestellter Prozeßparameter damit möglich, daß eine Schweißung doch nicht den Anforderungen genügt. Insbesondere wird sich dies meist in einer aus der zulässigen Toleranz fallenden Verkürzung (d) äußern.The set process parameters can be found in the fluctuate as mentioned. In the event of an unfavorable addition to theirs Tolerances could vary in the actual value of (A) of ± 20% and more. It is correct despite set process parameters so that a Welding does not meet the requirements. In particular, this is usually reflected in one of the allowable tolerance falling shortening (d).
Je nach Qualitätsanforderungen empfiehlt es sich, die zulässigen Toleranzen des Ist-Wertes von (A) zu begrenzen, beispielsweise auf ±5%. Im Schweißbetrieb werden von der Steuerung (6) durch geeignete Sensoren oder sonstige Meßmittel die im Schweißprozeß sich ergebenden Ist-Werte der Prozeßparameter aufgenommen. Hieraus werden dann die wärmeerzeugende Energie (Ew) beziehungsweise die aufgewendete elektrische Energie (Ee) berechnet und in das angegebene Verhältnis zum Produkt aus Stauchkraft (F) und tatsächlich eintretender Verkürzung (d) gesetzt. Letztendlich wird hieraus der Ist-Wert von (A) errechnet und mit dem Soll-Wert der prozeßspezifischen Konstante (A) verglichen. Liegt der Ist-Wert innerhalb der Toleranzgrenzen, wird das geschweißte Bauteil freigegeben, ansonsten erfolgt die Ausgabe einer geeigneten Warnung. Das fehlerhaft geschweißte Bauteil kann dann als Ausschuß ausgesondert oder in sonstiger Weise weiterverarbeitet werden.Depending on the quality requirements, it is advisable to limit the permissible tolerances of the actual value of (A), for example to ± 5%. In welding operation, the control ( 6 ) records the actual values of the process parameters resulting from the welding process by means of suitable sensors or other measuring means. The heat-generating energy (E w ) or the electrical energy (E e ) is then calculated from this and set in the specified ratio to the product of the compressive force (F) and the actually occurring shortening (d). Ultimately, the actual value of (A) is calculated from this and compared with the target value of the process-specific constant (A). If the actual value is within the tolerance limits, the welded component is released, otherwise a suitable warning is issued. The faulty welded component can then be rejected as rejects or processed in some other way.
Stücklisteparts list
1 Schweißmaschine
2 Bauteil
3 Bauteil
4 Spannvorrichtung
5 Spalt
6 Steuerung 1 welding machine
2 component
3 component
4 tensioning device
5 gap
6 control
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