Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Abschmelzschweissen von Arbeitsteilen, in welchem man während der Abschmelzphase wenigstens einen der zu ver schweissenden Arbeitsteile gegen den anderen hin bewegt, so dass ihre zu verschweissenden Abschnitte in gegenseitige
Berührung gebracht werden, den Schweisstrom durchfliessen lässt und eine zusätzliche hin- und hergehende Bewegung wenigstens einem der Arbeitsteile erteilt, sowie eine Einrich tung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung kann in beliebigen Industriezweigen eingesetzt werden wo ein Stumpfschweissen mit kontinuierlicher Abschmelzung durchgeführt wird, insbesonde re beim Schweissen von eine grössere Querschnittsfläche aufweisenden Arbeitsteilen, sowie in den Fällen, wenn es einer grossen Schweissleistung bedarf.
Es sind Abschmelzstumpfschweissverfahren bekannt, bei denen die Schweissteile beim Stromdurchgang kontinuierlich aufeinander zu, in der Regel durch Verschiebung eines der
Teile, bewegt werden.
Bei der Durchführung dieser Verfahren werden die
Schweissteile aufeinander zu bewegt entweder mit einer konstanten oder mit einer allmählich ansteigenden Geschwin digkeit.
Nachdem sich die Arbeitsteile einander genügend genähert haben, berühren sich nicht ihre gesamten Stirnflächen, sondern nur einzelne Punkte derselben. Die so entstandenen Kontakt stellen weisen einen verhältnismässig grossen elektrischen
Widerstand auf, so dass beim Schweissstromdurchgang diese
Kontaktstellen schnell überhitzt und zerstört werden. Hierbei bleibt das Schmelzgut einmal an den Stirnflächen haften und zum anderen wird es als Funken versprüht die einen Teil der für die Erhitzung der Stirnfläche der Schweissteile verbrauchten
Energie mitnehmen.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahren die Tatsache, dass ein beträchtlicher Teil der für das Schweissen verbrauchten
Energie nicht produktiv ausgenützt werden kann, und durch die Überhitzung und eine Explosion zahlreicher, sich zwischen den
Stirnflächen der Schweissteile ausbildender Kontaktstellen verloren gehen. Hierbei ergeben sich Metallverluste wegen einem intensiven Ausschmelzen des Metalles an den schmelzen den Stirnflächen der Teile, weshalb es notwendig ist, grosse
Zugaben wegen der Abschmelzung vorzusehen.
Darüber hinaus ist es wegen eines grossen Energieverlustes nicht möglich, die Enden der Schweissteile tief zu durchhitzen, und die bekannten Abschmelzstumpfschweissverfahren sind daher zum Schweissen von eine grössere Querschnittsfläche aufweisenden Teilen nicht verwendbar, deren Verschweissen nur unter einer ausreichenden Erhitzung ihrer Enden bis in eine beträchtliche Tiefe möglich ist.
Es hat sich beim Schweissen von Teilen grösseren Quer schnitts bereits auch das Abschmelzstumpfschweissverfahren durchgesetzt, bei dem, ausser der kontinuierlichen Bewegung der Schweissteile in Richtung aufeinander, zu dem einem von ihnen eine zusätzliche hin- und hergehende Bewegung in der mit der Richtung der kontinuierlichen Bewegung dieser Teile zusammenfallenden Richtung verliehen wird. Hierbei nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit der Schweissteile zu, und zwar für eine bestimmte Zeitspanne, wobei dies unter anschliessen der Abnahme dieser Geschwindigkeit und sogar einer Umkehr ihrer Richtung während derselben Zeitspanne geschieht.
Infolgedessen fliesst der Schweisstrom in Form von Stromimpulsen, und der Strom nimmt dann derart ab, dass eine
Unterbrechung des Stromkreises möglich wird. Diese Impulse folgen mit der Frequenz der zusätzlichen hin- und hergehen den Bewegung. Hierbei setzt sich ein Schweissimpuls aus mehreren Perioden der Speisespannung zusammen. In jeder
Periode können grosse, durch die Erhitzung und Explosion zahlreicher kleiner Kontaktstellen an den Stirnflächen der Schweissteile bedingte Stromschwankungen mit einer Frequenz von einigen Hundert Hertz auftreten.
Zur Verwirklichung des Stumpfschweissens der Teile nach diesem Verfahren werden Stumpfschweissmaschinen verwen det, die mit einem Schweisstransformator, einem Mechanismus für eine kontinuierliche Bewegung von Schweissteilen in Richtung aufeinander zu und mit einem Mechanismus für die zusätzliche hin- und hergehende Bewegung der Schweissteile versehen sind.
Hierbei gibt es eineReihevonMechanismen zur Erreichung der genannten Bewegung. Einmal wird einem der Schweissteile eine kontinuierliche Bewegung in Richtung auf den anderen zu und dem zweiten Teil eine hin- und hergehende Bewegung in der mit der Richtung der kontinuierlichen Bewegung zusammenfallenden Richtung erteilt. Zum anderen wird einem Teil nicht nur eine kontinuierliche Bewegung in Richtung auf den anderen, unbeweglichen Teil zu, sondern auch eine zusätzliche hin- und hergehende Bewegung verliehen. In beiden Fällen werden die Frequenz und die Amplitude der zusätzlichen hinund hergehenden Bewegung vor dem Schweissen fest vorgegeben, und beim Schweissen werden sie weder geändert noch überwacht.
Bei solch einem Stumpfschweissverfahren wird eine wesentliche Zunahme der Dichte des Schweisstroms unter gleichzeitiger Abnahme des Mittelwertes der Bewegungsgeschwindigkeit der Schweissteile in Richtung aufeinander zu erreicht. Dies hat eine Verringerung der Schweisszeit und eine beträchtliche Verringerung der Menge des beim Abschmelzen verlorengehenden Metalls zur Folge.
Jedoch steigt die Intensität der Abschmelzung mit der Erhitzung der Stirnflächen der Schweissteile an, so dass die sich zwischen den Stirnflächen bildenden Kontaktstellen überhitzt werden. Dies zieht eine Vergrösserung des Funkensprühens, einen nicht produktiven Energieaufwand und eine Verringerung der unmittelbar für die Erhitzung der Teile verbrauchten Energiemenge nach sich.
Angesichts dessen müssen die Schweisszeit und die Zugabe für die Abschmelzung vergrössert werden.
Die genannte Erhöhung der Intensität der Abschmelzung bei fortschreitender Erhitzung der Teile unterliegt keiner strengen Zeitabhängigkeit und kann nicht im voraus berücksichtigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren für das Abschmelzstumpfschweissen anzugeben, bei dem die den Schweissteilen für eine Zeiteinheit im Laufe des gesamten Schweissvorganges zugeführte Energie konstant gehalten wird. Dabei soll auch eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben werden.
Die genannte Aufgabe wird beim erfindungsgemässen Abschmelzschweissen dadurch gelöst, dass beim Abschmelzen die Dauer des Impulses des Schweisstromes während jeder Periode der zusätzlichen hin- und hergehenden Bewegungen gemessen wird, dass der gemessene Wert mit einem Vorgabewert verglichen wird, und dass bei einer Abweichung der gemessenen Grösse der Dauer von der vorgegebenen die Bewegungsgeschwindigkeit des Schweissteiles geändert wird.
Die Ausnutzung der vorliegenden Erfindung sichert die Konstanthaltung der den Teilen bei jedem Impuls zugeführten Energie, was die Stabilität der Erhitzung der Schweissteile und folglich auch die Schweissgüte erhöht, und was eine Verminderung der Schweisszeit und die erforderliche Zugabe für die Abschmelzung ermöglicht.
Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist die erfindungsgemässe Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zur kontinuierlichen Bewegung des Schweissteiles einen Regelantrieb aufweist, das ein Mittel zur Steuerung der Geschwindigkeit dieses Antriebs vorgesehen ist, welches einen Einsteller für die Dauer der Schweisstromimpulse sowie einen im Primärkreis des Schweisstransformators liegenden Stromtransformator aufweist, an dessen Ausgang ein Former für Impulssignale mit einer Dauer proportional der Dauer von Impulsen und Pausen im Kreis des Stromtransformators geschaltet ist, dass der Ausgang des Einstellers und der Ausgang des Formers an eine Vergleichsschaltung angeschlossen sind,
deren Ausgang mit dem Steuermittel des Regelantriebs des Mechanismus zur kontinuierlichen Bewegung wenigstens eines der Arbeitsteile verbunden ist, um die Geschwindigkeit der kontinuierlichen Bewegung in Abhängigkeit von einem von der Vergleichsschaltung abgegebenen Signal derart zu ändern, dass bei einer Ab- oder Zunahme der Schweissimpulsdauer gegenüber dem Vorgabewert die Geschwindigkeit der kontinuierlichen Bewegung des Arbeitsteiles zu- bzw. abnimmt.
Eine derartige Einrichtung gestattet es, das erfindungsgemässe Verfahren mit Hilfe einer relativ einfachen konstruktiven Änderung der bereits vorhandenen Maschine zu erreichen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben und anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die Blockschaltung eines ersten Beispieles der Einrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens,
Fig. 2 die Schaltung des Impulssignalformers in dieser Einrichtung,
Fig. 3 die Form des Signals im Stromkreis eines Schweisstransformators in dieser Einrichtung,
Fig. 4 a und b die Signalform am Ausgang des Formers,
Fig. 5 die Blockschaltung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 6 eine weitere Schaltung des Impulssignalformers,
Fig. 7 die Schaltung eines Integrators,
Fig. 8a, b, c das Schaltbild von Kontaktgruppen eines Schalters,
Fig. 9a und b Signale an den Eingängen von Integratoren,
Fig. 10a und b Signale an den Ausgängen der Integratoren,
Fig.
11 ein differenziertes Signal entsprechend jenen nach Fig. 4b,
Fig. 12 ein Arbeitsdiagramm eines Flip-Flops, und
Fig. 13 ein Signal am Eingang einer Vergleichsschaltung.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 zum Abschmelzstumpfschweissen sind die zu schweissenden Arbeitsteile 1 und 2 in Backen 3 und 4 befestigt.
Die erste Backe 3 ist mit einer unbeweglichen Säule (nicht dargestellt) und die andere Backe 3 ist mit einer beweglichen Säule starr gekoppelt. Den Backen 3 und 4 wird von einem Schweisstransformator 5 die Speisespannung zugeführt. Im Primärkreis des Schweisstransformators 5 liegt ein Stromtransformator 6, dessen Ausgang mit einem Impulssignalformer 7 gekoppelt ist, dessen erste Ausführungsvariante in Fig. 2 gezeigt ist.
Der Former 7 enthält einen Gleichrichter 8, einen Filterkondensator 9, eine durch einen Widerstand 10 und eine Diode 11 gebildete Begrenzerschaltung für einen oberen Signalpegel, eine Begrenzerschaltung aus einer Diode 12 für einen unteren Signalpegel und einen den Ausgang des Formers 7 bildenden Widerstand 13. Der Ausgang des Formers 7 ist an den Eingang 14 einer Vergleichsschaltung 15 angeschlossen, deren zweiter Eingang 16 mit einem Einsteller 17 für die Dauer der Schweissstromimpulse gekoppelt ist.
Der Einsteller 17 für die Impulsdauer kann in Form eines ein sinusförmiges, stabilisiertes Hochfrequenzsignal erzeugenden Standardsignalgenerators oder in Form eines ein impulsartiges, stabilisiertes Hochfrequenzsignal erzeugenden Impulsgenerator ausgeführt werden.
Bei der Einrichtung gibt es auch einen Antrieb 18 des Mechanismus für eine kontinuierliche Bewegung von Teilen in Richtung aufeinander zu und einen Antrieb 19 des Mechanismus für zusätzliche hin- und hergehende Bewegungen der Teile.
Die Ausgänge dieser beiden Antriebe sind mit einem Stellmechanismus 20 gekoppelt. Als Stellmechanismus 20 kommt ein hydraulischer, mit der beweglichen Säule der Schweissanlage starr gekoppelter Kraftzylinder in Frage.
In der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist an den Ausgang der Vergleichsschaltung 15 der Eingang des Antriebs 18 des Mechanismus für eine kontinuierliche Bewegung von Teilen 1 und 2 in Richtung aufeinander zu angeschlossen. Es ist eine Einrichtung möglich, bei der an den Ausgang der Vergleichsschaltung 15 der Eingang des Antriebs 19 für eine zusätzliche hin- und hergehende Bewegung von Teilen 1 und 2 angeschlossen ist.
Die Einrichtung arbeitet wie folgt: die Schweissteile 1 und 2 werden in den Backen 3 und 4 der Einrichtung eingespannt, und es wird ihnen über den Schweisstransformator 5 eine Spannung zugeführt. Es wird der Antrieb 18 des Mechanismus für die kontinuierliche Bewegung von Schweissteilen und der Antrieb 19 des Mechanismus für die zusätzliche hin- und hergehende Bewegung eingeschaltet. Infolgedessen wird der eine der Schweissteile 2 ununterbrochen in Richtung auf den anderen Teil 1 zu verschoben, wobei er Pendelschwingungen in Richtung der kontinuierlichen Bewegung ausführt.
Von einem bestimmten Zeitpunkt an berühren sich die Teile 1, 2 untereinander mit ihren zu verschweissenden Abschnitten, und im Schweisstromkreis beginnt ein durch Stromimpulse kennzeichnender Strom zu fliessen, wenn sich die zusätzliche hin- und hergehende Bewegung mit der kontinuierlichen Bewegung summiert. Der Strom nimmt ab, wenn die hin- und hergehende Bewegung von der kontinuierlichen Bewegung abgezogen wird. Die Folgefrequenz der genannten Impulse gleicht der Frequenz der zusätzlichen hin- und hergehenden Bewegung.
Der Schweissstrom stellt also eine Reihe von mit der Frequenz der hin- und hergehenden Bewegung folgenden, aus mehreren Perioden der Speisespannung bestehenden Impulsen und Pausen dar. Beim Abschmelzen wird dem Stromtransformator 6 ein in einem bestimmten Massstab den Schweisstrom abbildendes Signal V1 (Fig. 3) entnommen. Dieses Signal gelangt in den Impulssignalformer 7, wo es in ein Impulssignal V2 (Fig. 4a) rechteckiger Form verwandelt wird. Die Dauer dieser Rechteckimpulse ist gleich der Schweisstromimpulsdauer, während die Amplituden sämtlicher Impulse gleich und unveränderlich sind. Im weiteren treffen die Rechteckimpulse V2 an der Vergleichsschaltung 15, ein, wo deren Dauer mit einem vom Einsteller 17 kommenden Signal verglichen wird.
Man kann eine Vergleichsschaltung verwenden, wo das vom Former 7 kommende rechteckförmige Impulssignal V2 mit einem vom Einsteller 17 für die Dauer der Schweissimpulse kommenden Hochfrequenzsignal gefüllt wird. Falls die tatsächliche Dauer eines Schweisstromimpulses den Vorgabewert überschreitet, so übertrifft die Periodenzahl des hochfrequenten Füllsignals die festgelegte Zahl, wenn aber die Dauer des Schweisstromimpulses unterhalb vom Vorgabewert liegt, so wird die Periodenzahl der Hochfrequenten Füllsignals die festgelegte Zahl unterschreiten.
In beiden Fällen erscheint am Ausgang der Vergleichsschaltung 15 ein Abweichungssignal, das am Antrieb 18 des Mechanismus für eine kontinuierliche Bewegung von Schweissteilen ankommt, wodurch mit Hilfe des Stellmechanismus 20 die Geschwindigkeit der kontinuierlichen Bewegung der Teile 1, 2 in Richtung aufeinander zu geändert wird, damit die Abweichung der tatsächlichen Dauer des Schweisstromimpulses von der vorgegebenen behoben wird.
Liegt hierbei die tatsächliche Schweissimpulsdauer über der vorgegebenen, nimmt die Geschwindigkeit der konitnuierlichen Bewegung ab, und umgekehrt.
Infolgedessen wird die Energie der Schweisstromimpulse zur Erhizung der Schweissteile stabilisiert, was eine Erhöhung der Schweissgüte, eine Verringerung der Erwärmungszeit und folglich auch der Schweisszeit und der Zugabe für die Abschmelzung gewährleistet. Eine derartige Regelschaltung für den Abschmelzstumpfschweissvorgang weist aber den Nachteil auf, dass zum Vergleich der tatsächlichen Schweissimpulsdauer mit dem Vorgabewert und zur darauffolgenden Einwirkung auf den Antrieb des Mechanismus für eine kontinuierliche Bewegung von Teilen eine verhältnismässig komplizierte Messausrüstung notwendig ist.
Fig. 5 zeigt die Blockschaltung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Einrichtung.
Die Schweissteile 1 und 2 sind in Backen 3,4 der Schweissanlage eingespannt. Der eine der Backen 3 ist mit der unbeweglichen Säule der Maschine und der zweite 4 mit der beweglichen Säule der Anlage starr gekoppelt. Den Backen 3 und 4 wird mit Hilfe des Schweisstransformators 5 eine Speisespannung zugeführt. Im Primärkreis des Schweisstransformators 5 liegt ein Stromtransformator 6, dessen Ausgang mit einem Impulssignalformer 7 verbunden ist. Die Schaltung dieses Formers (Fig. 6) unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Schaltung lediglich dadurch, dass anstatt des Widerstandes 13 ein eine Wicklung 21 und Kontaktgruppen 22,23,34 aufweisendes Relais verwendet wird.
Der Umschaltkontakt 22 mit Unterbrechung des Relais 2 ist an den Minuspol einer stabilisierten Gleichstromquelle angeschlossen, und die Kontakte 23 und 24 treten als Ausgänge des Formers 7 auf.
Die Einrichtung (Fig. 5) weist auch zwei Integratoren 25 und 26 auf, die mit je einem Löschkreis 27 und 28 versehen sind. Der Integrator (Fig. 7) kann einen Widerstand 29, einen Kondensator 30 sowie einen Transistor 31 aufweisen. Der Transistor 31 befindet sich die meiste Zeit im gesperrten Zustand und weist einen sehr grossen Widerstand auf. Leitend wird er nur für eine kurze Zeitspanne, und dann verringert sich sein Widerstand um ein Vielfaches.
Bei der vorliegenden Einrichtung (Fig. 5) ist eine an den Ausgang 16 des Formers 7 angeschlossene Differenzierkette 32 und ein steuerbarer Mehrkanalschalter 33 vorgesehen, der die Schaltfolge der Eingänge 34, 35 der genannten Integratoren 25 und 26 und des Ausganges 23 des Formers 7, der Löschkreise 27 und 28 und des Ausganges 36 der Differenzierkette 32 sowie der Ausgänge 37, 38 der Integratoren 25 und 26 und des Einganges 14 einer Vergleichsschaltung 39 vorgibt. Die Einrichtung hat auch einen Flip-Flop 40, dessen Eingang mit dem Ausgang 36 der Differenzierkette 32 und der Ausgang 41 mit dem Schalter 33 gekoppelt ist. Als Schalter 33 kann ein Relais mit drei Kontaktgruppen 42,43 und 44 (Fig. 8a, b, c) verwendet werden.
Die in der Zeichnung nicht aufgezeigte Relaiswicklung tritt als ein Steuerelement für den Schalter 33 und für die Kontaktgruppen als ein Stellelement auf.
Die eine Kontaktgruppe 42 (Fig. 8a) des Schalters 33 ist mit dem Ausgang 23 des Formers 7, mit dem Eingang 34 des Integrators 25 und dem Eingang 35 des Integrators 26 verbunden. Die zweite Kontaktgruppe 43 (Fig. 8b) des Schalters 33 ist mit dem Ausgang 36 der Differenzierkette 32, mit dem Eingang 45 des Löschkreises 27 und dem Eingang 46 des Löschkreises 28 verbunden. Die dritte Kontaktgruppe 44 (Fig. 8c) des Schalters 33 ist mit dem Eingang 14 der Vergleichsschaltung 39, mit dem Ausgang 37 des Integrators 25 und dem Ausgang 38 des Integrators 26 verbunden. Der zweite Eingang 16 (Fig. 5) der Vergleichsschaltung 39 ist mit einem eine Gleichspannungsquelle darstellenden Einsteller 47 für die Dauer der Schweissstromimpulse gekoppelt.
An den Ausgang der Vergleichsschaltung 39 ist der Eingang des Antriebs 18 des Mechanismus für eine kontinuierliche Bewegung von Schweissteilen angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Eingang des Stellmechanismus 20 gekoppelt ist. An den Eingang des Stellmechanismus 20 ist auch der Antrieb 19 des Mechanismus für die zusätzliche hin- und hergehende Bewegung angeschlossen. Es ist eine Einrichtung möglich bei der an den Ausgang der Vergleichsschaltung 39 nicht der Antrieb 18 des Mechanismus für kontinuierliche Bewegungen, sondern der Eingang des Antriebs
19 des Mechanismus für die zusätzliche hin- und hergehende Bewegung angeschlossen ist.
Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Beginnend mit dem Augenblick des Abschmelzens, dessen Ablaufmechanismus im oben angeführten Beispiel ausführlich beschrieben ist, wird vom Stromtransformator 6 ein in Fig. 3 schematisch dargestelltes Signal abgenommen. Dieses Signal wird durch den Former 7 in ein aus Rechteckimpulsen und Pausen bestehendes Signal V2 (Fig. 4a) umgewandelt. Die Impulsdauer des Signals V2 ist gleich der Schweisstromimpulsdauer. Im weiteren werden diese Impulse über den Kontakt 23 des Schalters 33 wechselweise auf den ersten Integrator 25 und auf den zweiten Integrator 26 in der Weise eingespeist, dass am Eingang 34 des
Integrators 25 ungerade Impulse V3 (1, 3, 5 usw.) (Fig. 9a) und am Eingang 35 des Integrators 26 gerade Impulse (2,4, 6 usw.) (Fig. 9b) ankommen.
Jeder dieser Impulse wird integriert, und der erhaltene Pegel (Signale V5 und V6, Fig. 10a und b) aufgespeichert. Darüber hinaus trifft am Eingang der Differenzierkette 32 vom Ausgang 24 des Formers 7 ein in der Gegenphase zum Signal V2 (Fig. 4a) befindliche Signal V7 (Fig. 4b) ein. Die Impulse des Signals V7 werden durch die Kette 32 differenziert, an deren Ausgang 36 in den Augenblicken des Abklingens der Schweisstromimpulse negative Kurzzeitimpulse V8 (Fig. 11) auftreten. Ober die zweite Kontaktgruppe 43 des Schalters 33 werden diese Impulse auf die Eingänge 45, 46 der Löschkreise 27, 28 der Integratoren 25, 26 eingespeist, wodurch deren Ausgangssignale gelöscht werden.
Hierbei treffen am Eingang 45 des Löschkreises 37 des Integrators 25 Impulse V8 zu den Zeitpunkten, wo die am Eingang 35 des Integrators 26 auftretenden Impulse des Signals V4 abklingen, und am Eingang 46 des Löschkreises 28 des Integrators 25 zu den Zeitpunkten, wo die am Eingang 34 des Integrators 25 auftretenden Impulse des Signals V3 abklingen, ein. Die negativen Kurzzeitimpulse V8 werden auch auf den Eingang des Flip-Flops 40 eingespeist, wobei sie dieses von einem ersten Zustand in den anderen (Signal Vg, Fig. 12) umsteuern. In den Augenblicken der Umkippung des Flip-Flops 40 von einem Zustand in den anderen werden die Umschaltkontakte mit Unterbrechung des Schalters 33 von einer Lage in die andere umgelegt.
Infolgedessen erscheinen an den Ausgängen 37 und 38 der Integratoren 25,26 Signale Vs bzw. V6 (Fig. 10). Im folgenden gelangen diese Signale über die dritte Kontaktgruppe 44 des Schalters 33 auf den Eingang 14 der Vergleichsschaltung 39.
Am Eingang 14 derVergleichsschaltung 39 erscheint ein Signal V10 (Fig. 13), dessen Amplitude der Dauer eines jeden durchgegangenen Schweisstromimpulses proportional ist.
Die Integratoren 25,26 bilden also samt dem Schalter 33 ein Mittel zur Umwandlung von zeitlichen Impulssignalen des
Formers in Amplituden-Impulssignale.
Damit sich die Pegel der an den Ausgängen 37, 38 der
Integratoren 25 und 26 erscheinenden Signale V5 und V6 im Laufe der Speicherzeit nicht ändern, weist der Widerstand des Einganges 14 der Vergleichsschaltung 39 einen ausreichend grossen Wert auf.
In der Vergleichsschaltung 39 wird das Signal V10 mit der vorgegebenen Gleichspannung V47 des Einstellers verglichen, und, falls irgendeine Abweichung nach dieser oder jener Seite vorliegt, wird auf den Antrieb 18 des Mechanismus für eine kontinuierliche Bewegung von Schweissteilen ein Befehl zur Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Teile in Richtung aufeinander zu gegeben, um diese Abweichung zu beheben. Ist hierbei die gemessene Dauer der Schweissimpulse grösser als die vorgegebene, nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit ab, und umgekehrt.
Infolgedessen werden die Energie der Schweisstromimpulse, die Erhitzung der Schweissteile stabilisiert, wodurch eine Erhöhung der Schweissgüte, eine Verringerung der Schweisszeit und der Zugabe für die Abschmelzung gewährleistet sowie die Ausrüstung mit deren Hilfe der Schweissvorgang geregelt wird, vereinfacht und deren Betrieb erleichtert wird.
The present invention relates to a method for
Fusion welding of working parts, in which one moves at least one of the working parts to be welded towards the other during the melting off phase, so that their sections to be welded into one another
Be brought into contact, the welding current can flow through and an additional back and forth movement is given to at least one of the working parts, as well as a device for implementing this method.
The present invention can be used in any branches of industry where butt welding is carried out with continuous melting, in particular when welding work parts with a larger cross-sectional area, as well as in those cases when a large welding performance is required.
There are known melting butt welding processes in which the welded parts continuously approach one another during the passage of current, usually by shifting one of the
Parts that are moved.
When performing these procedures, the
Welded parts moved towards one another either with a constant or with a gradually increasing speed.
After the working parts have come close enough to one another, their entire end faces do not touch, but only individual points of them. The contact points created in this way have a relatively large electrical
Resistance, so that when the welding current passes this
Contact points are quickly overheated and destroyed. In this case, the melt material remains stuck to the end faces and it is sprayed as a spark, some of which is used to heat the end face of the welded parts
Take energy with you.
A disadvantage of these known methods is the fact that a considerable part of the amount used for welding
Energy cannot be used productively, and due to overheating and an explosion more numerous, between the
End faces of the welded parts forming contact points are lost. This results in metal losses due to an intensive melting out of the metal on the melting end faces of the parts, which is why it is necessary to large
Provide additions because of the melting.
In addition, because of a large energy loss, it is not possible to heat the ends of the welded parts deeply, and the known welding butt welding processes cannot therefore be used for welding parts with a larger cross-sectional area, which can only be welded with sufficient heating of their ends to a considerable depth is possible.
When welding parts with a larger cross-section, the melting butt welding process has already become established, in which, in addition to the continuous movement of the welded parts in the direction of one another, one of them is accompanied by an additional reciprocating movement in the same direction as the continuous movement of these Parts are given coincident direction. In this case, the speed of movement of the welded parts increases, specifically for a certain period of time, this being followed by a decrease in this speed and even a reversal of its direction during the same period of time.
As a result, the welding current flows in the form of current pulses, and the current then decreases in such a way that a
Interruption of the circuit becomes possible. These impulses follow the additional back and forth movement at the frequency. A welding pulse is made up of several periods of the supply voltage. In every
Period, large current fluctuations with a frequency of a few hundred Hertz can occur due to the heating and explosion of numerous small contact points on the end faces of the welded parts.
To realize the butt welding of the parts according to this method, butt welding machines are used which are provided with a welding transformer, a mechanism for continuous movement of welded parts towards each other and with a mechanism for the additional reciprocating movement of the welded parts.
There are a number of mechanisms for achieving said movement. Once one of the welded parts is given a continuous movement in the direction of the other and the second part is given a reciprocating movement in the direction coinciding with the direction of the continuous movement. On the other hand, one part is not only given a continuous movement in the direction of the other, immovable part, but also an additional movement to and fro. In both cases, the frequency and the amplitude of the additional back and forth movement are fixed before welding, and they are neither changed nor monitored during welding.
With such a butt welding process, a substantial increase in the density of the welding current is achieved with a simultaneous decrease in the mean value of the speed of movement of the welded parts in the direction towards one another. This results in a reduction in welding time and a considerable reduction in the amount of metal lost in the melting process.
However, the intensity of the melting increases with the heating of the end faces of the welded parts, so that the contact points formed between the end faces are overheated. This entails an increase in the amount of sparking, a non-productive expenditure of energy and a reduction in the amount of energy used directly for heating the parts.
In view of this, the welding time and the allowance for melting must be increased.
The mentioned increase in the intensity of melting as the parts are heated up is not strictly time-dependent and cannot be taken into account in advance.
The invention is based on the object of specifying such a method for weld-off butt welding, in which the energy supplied to the welded parts is kept constant for a unit of time in the course of the entire welding process. A facility for performing this method should also be specified.
The stated object is achieved in the ablation welding according to the invention in that the duration of the pulse of the welding current is measured during each period of the additional reciprocating movements during melting, that the measured value is compared with a default value, and that in the event of a deviation in the measured value the duration of the predetermined movement speed of the welded part is changed.
The use of the present invention ensures that the energy supplied to the parts with each pulse is kept constant, which increases the stability of the heating of the welded parts and consequently also the welding quality, and which enables a reduction in the welding time and the required addition for the melting.
To carry out the proposed method, the device according to the invention is characterized in that the mechanism for the continuous movement of the welding part has a control drive, which is provided with a means for controlling the speed of this drive, which has an adjuster for the duration of the welding current pulses and one in the primary circuit of the welding transformer lying current transformer, at the output of which a shaper for pulse signals with a duration proportional to the duration of pulses and pauses is connected in the circuit of the current transformer, that the output of the adjuster and the output of the shaper are connected to a comparison circuit,
the output of which is connected to the control means of the variable speed drive of the mechanism for the continuous movement of at least one of the working parts in order to change the speed of the continuous movement as a function of a signal emitted by the comparison circuit in such a way that when the welding pulse duration decreases or increases compared to the default value the speed of the continuous movement of the working part increases or decreases.
Such a device makes it possible to achieve the method according to the invention with the aid of a relatively simple structural change to the existing machine.
The invention is explained in more detail below using a description of exemplary embodiments of the same and using the accompanying drawings. It shows:
1 shows the block diagram of a first example of the device for carrying out the present method,
Fig. 2 shows the circuit of the pulse signal shaper in this device,
3 shows the form of the signal in the circuit of a welding transformer in this device,
4 a and b show the signal form at the output of the former,
5 shows the block circuit of a further embodiment of the device according to the invention,
6 shows another circuit of the pulse signal shaper,
7 shows the circuit of an integrator,
8a, b, c the circuit diagram of contact groups of a switch,
9a and b signals at the inputs of integrators,
10a and b signals at the outputs of the integrators,
Fig.
11 a differentiated signal corresponding to that of FIG. 4b,
Fig. 12 is a working diagram of a flip-flop, and
13 shows a signal at the input of a comparison circuit.
In the device according to FIG. 1 for melting butt welding, the working parts 1 and 2 to be welded are fastened in jaws 3 and 4.
The first jaw 3 is connected to an immovable column (not shown) and the other jaw 3 is rigidly coupled to a movable column. The jaws 3 and 4 are supplied with the supply voltage by a welding transformer 5. In the primary circuit of the welding transformer 5 there is a current transformer 6, the output of which is coupled to a pulse signal shaper 7, the first variant of which is shown in FIG.
The former 7 contains a rectifier 8, a filter capacitor 9, a limiter circuit formed by a resistor 10 and a diode 11 for an upper signal level, a limiter circuit composed of a diode 12 for a lower signal level and a resistor 13 forming the output of the former 7 The output of the former 7 is connected to the input 14 of a comparison circuit 15, the second input 16 of which is coupled to an adjuster 17 for the duration of the welding current pulses.
The adjuster 17 for the pulse duration can be designed in the form of a standard signal generator generating a sinusoidal, stabilized high-frequency signal or in the form of a pulse generator generating a pulse-like, stabilized high-frequency signal.
The device also has a drive 18 of the mechanism for continuous movement of parts towards one another and a drive 19 of the mechanism for additional reciprocating movements of the parts.
The outputs of these two drives are coupled to an adjusting mechanism 20. A hydraulic power cylinder rigidly coupled to the movable column of the welding system can be used as the adjusting mechanism 20.
In the circuit shown in FIG. 1, the input of the drive 18 of the mechanism for continuous movement of parts 1 and 2 in the direction towards one another is connected to the output of the comparison circuit 15. A device is possible in which the input of the drive 19 for an additional reciprocating movement of parts 1 and 2 is connected to the output of the comparison circuit 15.
The device works as follows: the welded parts 1 and 2 are clamped in the jaws 3 and 4 of the device, and a voltage is supplied to them via the welding transformer 5. The drive 18 of the mechanism for the continuous movement of welded parts and the drive 19 of the mechanism for the additional reciprocating movement are switched on. As a result, one of the welded parts 2 is continuously displaced in the direction of the other part 1, with pendulum oscillations in the direction of the continuous movement.
From a certain point in time on, the parts 1, 2 touch each other with their sections to be welded, and a current characterized by current pulses begins to flow in the welding circuit when the additional reciprocating movement adds up to the continuous movement. The current decreases when the reciprocating motion is subtracted from the continuous motion. The repetition frequency of the said pulses is equal to the frequency of the additional reciprocating movement.
The welding current thus represents a series of pulses and pauses, which follow the frequency of the reciprocating movement and consist of several periods of the supply voltage. When melting, the current transformer 6 receives a signal V1 (Fig. 3) which represents the welding current on a certain scale. taken. This signal reaches the pulse signal shaper 7, where it is converted into a pulse signal V2 (FIG. 4a) of rectangular shape. The duration of these square-wave pulses is equal to the welding current pulse duration, while the amplitudes of all pulses are the same and unchangeable. Furthermore, the square-wave pulses V2 arrive at the comparison circuit 15, where their duration is compared with a signal coming from the adjuster 17.
A comparison circuit can be used where the square-wave pulse signal V2 coming from former 7 is filled with a high-frequency signal coming from adjuster 17 for the duration of the welding pulses. If the actual duration of a welding current pulse exceeds the specified value, the number of periods of the high-frequency fill signal exceeds the specified number, but if the duration of the welding current pulse is below the specified value, the number of periods of the high-frequency fill signal will fall below the specified number.
In both cases, a deviation signal appears at the output of the comparison circuit 15 which arrives at the drive 18 of the mechanism for a continuous movement of welded parts, whereby the speed of the continuous movement of the parts 1, 2 towards one another is changed with the aid of the adjusting mechanism 20, so that the deviation of the actual duration of the welding current pulse from the specified one is corrected.
If the actual welding pulse duration is longer than the specified, the speed of the continuous movement decreases, and vice versa.
As a result, the energy of the welding current pulses for heating the welded parts is stabilized, which ensures an increase in the welding quality, a reduction in the heating time and consequently also the welding time and the addition for the melting. Such a control circuit for the ablation butt welding process has the disadvantage that relatively complex measuring equipment is required to compare the actual welding pulse duration with the default value and to subsequently influence the drive of the mechanism for continuous movement of parts.
Fig. 5 shows the block diagram of another embodiment of the present device.
The welded parts 1 and 2 are clamped in jaws 3, 4 of the welding system. One of the jaws 3 is rigidly coupled to the immovable column of the machine and the second 4 to the movable column of the system. The jaws 3 and 4 are supplied with a supply voltage by means of the welding transformer 5. In the primary circuit of the welding transformer 5 there is a current transformer 6, the output of which is connected to a pulse signal shaper 7. The circuit of this former (FIG. 6) differs from the circuit shown in FIG. 2 only in that, instead of the resistor 13, a relay having a winding 21 and contact groups 22, 23, 34 is used.
The changeover contact 22 with the interruption of the relay 2 is connected to the negative pole of a stabilized direct current source, and the contacts 23 and 24 appear as outputs of the former 7.
The device (FIG. 5) also has two integrators 25 and 26 which are each provided with an extinguishing circuit 27 and 28. The integrator (FIG. 7) can have a resistor 29, a capacitor 30 and a transistor 31. The transistor 31 is most of the time in the blocked state and has a very high resistance. It only becomes conductive for a short period of time, and then its resistance is reduced many times over.
In the present device (Fig. 5) a differentiating chain 32 connected to the output 16 of the former 7 and a controllable multi-channel switch 33 is provided, which controls the switching sequence of the inputs 34, 35 of the integrators 25 and 26 and the output 23 of the former 7, the quenching circuits 27 and 28 and the output 36 of the differentiating chain 32 as well as the outputs 37, 38 of the integrators 25 and 26 and the input 14 of a comparison circuit 39. The device also has a flip-flop 40, the input of which is coupled to the output 36 of the differentiating chain 32 and the output 41 to the switch 33. A relay with three contact groups 42, 43 and 44 (FIGS. 8a, b, c) can be used as switch 33.
The relay winding, not shown in the drawing, acts as a control element for the switch 33 and for the contact groups as an actuating element.
One contact group 42 (FIG. 8 a) of switch 33 is connected to output 23 of former 7, to input 34 of integrator 25 and input 35 of integrator 26. The second contact group 43 (FIG. 8b) of the switch 33 is connected to the output 36 of the differentiating chain 32, to the input 45 of the extinguishing circuit 27 and to the input 46 of the extinguishing circuit 28. The third contact group 44 (FIG. 8c) of the switch 33 is connected to the input 14 of the comparison circuit 39, to the output 37 of the integrator 25 and to the output 38 of the integrator 26. The second input 16 (FIG. 5) of the comparison circuit 39 is coupled to an adjuster 47 representing a direct voltage source for the duration of the welding current pulses.
The input of the drive 18 of the mechanism for continuous movement of welded parts is connected to the output of the comparison circuit 39, the output of which is coupled to the input of the adjusting mechanism 20. The drive 19 of the mechanism for the additional reciprocating movement is also connected to the input of the adjusting mechanism 20. A device is possible in which at the output of the comparison circuit 39, not the drive 18 of the mechanism for continuous movements, but the input of the drive
19 of the mechanism for the additional reciprocating movement is attached.
The device works as follows: Beginning at the moment of melting, the process mechanism of which is described in detail in the example given above, a signal shown schematically in FIG. 3 is picked up by the current transformer 6. This signal is converted by the shaper 7 into a signal V2 (FIG. 4a) consisting of square pulses and pauses. The pulse duration of the signal V2 is equal to the welding current pulse duration. In addition, these pulses are fed alternately to the first integrator 25 and the second integrator 26 via the contact 23 of the switch 33 in such a way that the input 34 of the
Integrator 25 odd pulses V3 (1, 3, 5, etc.) (Fig. 9a) and even pulses (2, 4, 6, etc.) (Fig. 9b) arrive at the input 35 of the integrator 26.
Each of these pulses is integrated and the level obtained (signals V5 and V6, FIGS. 10a and b) is stored. In addition, a signal V7 (FIG. 4b) which is in phase opposition to signal V2 (FIG. 4a) arrives at the input of differentiating chain 32 from output 24 of former 7. The pulses of the signal V7 are differentiated by the chain 32, at whose output 36 negative short-term pulses V8 (FIG. 11) appear at the moments when the welding current pulses die down. Via the second contact group 43 of the switch 33, these pulses are fed to the inputs 45, 46 of the cancellation circuits 27, 28 of the integrators 25, 26, whereby their output signals are canceled.
At the input 45 of the extinguishing circuit 37 of the integrator 25, pulses V8 occur at the times when the pulses of the signal V4 occurring at the input 35 of the integrator 26 decay, and at the input 46 of the extinguishing circuit 28 of the integrator 25 at the times when the 34 of the integrator 25 occurring pulses of the signal V3 decay, a. The negative short-term pulses V8 are also fed to the input of the flip-flop 40, reversing it from a first state to the other (signal Vg, FIG. 12). At the moment when the flip-flop 40 flips over from one state to the other, the changeover contacts are switched from one position to the other with the interruption of the switch 33.
As a result, signals Vs and V6 appear at the outputs 37 and 38 of the integrators 25, 26 (FIG. 10). In the following, these signals reach the input 14 of the comparison circuit 39 via the third contact group 44 of the switch 33.
A signal V10 (FIG. 13) appears at the input 14 of the comparison circuit 39, the amplitude of which is proportional to the duration of each welding current pulse which has passed.
The integrators 25, 26 together with the switch 33 thus form a means for converting temporal pulse signals of the
Formers into pulse amplitude signals.
So that the levels at the outputs 37, 38 of the
Integrators 25 and 26 do not change signals V5 and V6 appearing in the course of the storage time, the resistance of the input 14 of the comparison circuit 39 has a sufficiently large value.
In the comparison circuit 39, the signal V10 is compared with the preset DC voltage V47 of the adjuster and, if there is any deviation to one side or the other, a command to change the speed of movement of the parts is sent to the drive 18 of the mechanism for a continuous movement of welded parts towards each other to correct this discrepancy. If the measured duration of the welding impulses is greater than the specified one, the speed of movement decreases, and vice versa.
As a result, the energy of the welding current impulses and the heating of the welded parts are stabilized, which ensures an increase in the welding quality, a reduction in the welding time and the addition for melting and the equipment with which the welding process is controlled, simplified and its operation is facilitated.