DD259162A1

DD259162A1 - Verfahren zur erfassung und elektrischen umsetzung des verschleisszustandes von stromkontaktduesen

Info

Publication number: DD259162A1
Application number: DD29273086A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Faber; Dieter Lindenau
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1986-07-22
Filing date: 1986-07-22
Publication date: 1988-08-17

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des Verschleisszustandes von Stromkontaktduesen fuer das Lichtbogenschweissen mit abschmelzendem Zusatzdraht. Ziel ist, durch Ueberwachung des Verschleisszustandes der Stromkontaktduesen die Effektivitaet und Qualitaet zu verbessern. Es sind Massnahmen vorzuschlagen, mit denen bei vergleichsweise kleinem Aufwand und Verzicht auf zusaetzliche Einrichtungen am Schweisskopf eine optimale Auslastung einer jeden Stromkontaktduese bei gleichzeitiger Sicherung der Schweissparameterstabilitaet gewaehrleistet wird. Kennzeichnend ist, dass das Spannungssignal der Tropfenuebergangsphase innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches einerseits dessen Mittelwert und andererseits der sich einstellende minimale und/oder maximale Spannungswert ermittelt werden, dass diese Werte miteinander verglichen werden und dass die Differenz der Werte als Mass des wirksamen Verschleisszustandes Schweissprozesssteuerungen zugefuehrt wird.

Description

Verschleißerscheinungen, aber auch durch Veränderungen in der Drahtzuführung in Form von Oberflächenstörungen, Drahtkrümmungsschwankungen, veränderten Drahtauslaufbedingungen, Schmutzeinwirkungen usw., wirken sich momentan auf die Tropfenübergangsspannung aus.

Da die Länge des freien Drahtendes und der Stromkontaktdüse in der gleichen Größenordnung liegen, reagiert die Tropfenübergangsspannung empfindlich auf mögliche Veränderungen des Stromüberganges. Unter der Annahme, daß sich allmähliche Verlagerungen der Stromkontaktstelle innerhalb der Stromkontaktdüse durch Veränderung der „sichtbaren" freien Drahtlänge über adaptive Steuerungen begrenzt kompensieren lassen, kommt den dynamischen Störungen, die sich dann negativ auf die Schweißprozeßstabilität auswirken, große Bedeutung zu. Zur Erfassung dieser dynamischen Abweichungen werden innerhalb einer vorgegebenen Meßzeit der Mittelwert der Tropfenübergangsspannung und außerdem die minimale und/oder maximale Tropfenübergangsspannung bestimmt und deren Abweichungen voneinander als Maß des wirksamen Verschleißzustandes der Stromkontaktdüse ermittelt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die geometrischen Verhältnisse im Kontaktdüsenbereich Fig. 2: die Impulsfolgen bei der Tropfenauswertung Fig.3: den Schaltplan.

Bei der Bewegung des Schweißdrahtes 1 durch die Stromkontaktdüse 2 kommt es an der Stromkontaktstelle 4 zur Berührung. Aufgrund der möglichen Unregelmäßigkeiten seitens der verschleißenden Stromkontaktdüse 2 und des Schweißdrahtes 1 kann diese Stromkontaktstelle 4 innerhalb der Stromkontaktdüse 2 wandern. Die wirksame freie Drahtlänge I_x verschiebt sich damit zwischen der „sichtbaren" freien Drahtlänge I₀, dem Abstand zwischen der Unterkante der Stromkontaktdüse 2 und dem Werkstück 3, und der Summe aus I₀ und l_k, wobei l_k der Kontaktdüsenlänge entspricht:

Io < I_x < I₀+ Ik

Wegen des von der wirksamen freien Drahtlänge I_x abhängigen elektrischen Widerstandes des Schweißdrahtes 1 beeinflußt dieses Verschieben die Schweißparameter,

In den Momenten, in denen der Lichtbogen erloschen ist, nämlich dann, wenn ein Tropfenübergang stattfindet, lassen sich die Spannungsverhältnisse störungsarm messen. Dazu wird die Schweißspannung U_s einem Schwellwertschalter 5 zugeführt, der das Signal der Schweißspannung U₃ in die Anteile des Tropfenüberganges und der Lichtbogenbrennphase unterteilt, wobei U₀ die Vergleichsspannung darstellt. Vom Schwellwertschalter 5 werden die dynamischen Schalter 6 angesteuert, die die Tropfenübergangsspannung Utr separieren. In einem Signalverarbeitungszweig werden die Tropfenübergangsspannung dem Integrator 7 zugeführt und die mittlere Tropfenübergangsspannung U_Tr gebildet, im anderen erfolgt die Bestimmung des Extremwertes der Tropfenübergangsspannung Utr, vorzugsweise durch den Extremwertbildner 8 die minimale Tropfenübergangsspannung UtRmin· Der Taktgenerator 9 bewirkt zusammen mit dem Zeitverzögerer 10 einerseits die Übergabe der Meßsignale in die Speicher 13 über die Schalter 12, andererseits die Reaktivierung des Extremwertbildners 8 über das Löschglied 11. Die mittlere und die minimale Tropfenübergangsspannung U_Tr, U_TRmm werden gemeinsam einem Differenzverstärker 14 zugeführt, der die den Verschleißzustand der Stromkontaktdüse 2 beschreibende Spannungsdifferenz Utr abgibt. Gegebenenfalls läßt sich dieses Signal über einen weiteren Schwellwertschalter 15 in ein binäres Signal umsetzen.

Claims

Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen für das Lichtbogenschweißen mit abschmelzendem Zusatzdraht bei Schweißprozessen mit Kurzlichtbogencharakteristik durch Auswertung des Schweißspannungssignals, gekennzeichnet dadurch, daß das Schweißspannungssignal in die Anteile der Lichtbogenbr.ennphase und derTropfenübergangsphase zerlegt wird, daß aus dem Spannungssignal derTropfenübergangsphase innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches einerseits dessen Mittelwert und andererseits der sich einstellende minimale und/oder maximale Spannungswert ermittelt werden, daß diese Werte miteinander verglichen werden und daß die Differenz der Werte als Maß des wirksamen Verschleißzustandes Schweißprozeßsteuerungen zugeführt wird.

Hierzu
2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen für das Lichtbogenschweißen mit abschmelzendem Zusatzdraht bei Schweißprozessen mit Kurzlichtbogencharakteristik durch Auswertung des Schweißspannungssignals,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Stromkontaktdüsen während des Schweißens aufgrund der hohen thermischen, und mechanischen Belastungen durch den bewegten Schweißdraht, die vergleichsweise hohe Stromdichte an der Stromübergangsstelle und die Wirkung des Schweißlichtbogens schnell verschleißen und daß die Stabilität des Schweißprozesses entscheidend von dem Zustand der Stromkontaktdüse bzw. von der Reproduzierbarkeit des Stromüberganges bestimmt wird. Zur Aufrechterhaltung stabiler Schweißprozesse wird daher die Stromkontaktdüse vom Schwetßer/Operator nach bestimmten Zeiträumen gewechselt, wobei der Zeitpunkt anhand subjektiver Empfindungen festgelegt wird. Zur Objektivierung dieses Prozesses und damit zur Sicherung der geforderten Schweißqualität bei effektiver Ausnutzung einer jeden Stromkontaktdüse ist nach DD-PS 154591 bekannt, die Kontaktdüsentemperatur unter Berücksichtigung der wesentlichen Schweißparameter als Kriterium für den Verschleißzustand zu betrachten. Diese Lösung nutzt die Erscheinung, daß sich mit zunehmendem Verschleiß die mittlere Stromübergangsstelle verlagert und sich damit der Energieumsatz in der Stromkontaktdüse verändert. Den Schweißprozeß wesentlich beeinflussende Störungen durch das mögliche stochastische Springen der Stromkontaktstelle innerhalb der Strom kontaktdüse, was außer vom Zustand der Strom kontaktdüse auch von der Elektrode und den Gegebenheiten des Drahtvorschubes abhängig ist, werden von diesem Sensor nicht erfaßt. Gleichfalls die in der DD-PS 222808 beschriebene Lösung, die die Kontaktspannung zwischen Stromkontaktdüse und Schweißdraht bestimmt, vermag nicht, dieses Problem zu lösen, abgesehen davon, daß sie einen erheblichen Mehraufwand von Baugruppen am Schweißkopf erfordert. Nach der DD-PS 234247 ist ebenfalls bekannt, die sich beim Lichtbogenschweißen einstellenden Schweißparameter zu analysieren, um daraus Informationen für die Schweißkopfpositionierung oder den Schweißprozeß zu gewinnen.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist durch die Überwachung des Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen beim Lichtbogenschweißen die Effektivität und Qualität zu verbessern.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erfassung und elektrischen Umsetzung des auf den Lichtbogenbrennprozeß wirksamen Verschleißzustandes von Stromkontaktdüsen für das Lichtbogenschweißen mit abschmelzendem Zusatzdraht bei Schweißprozessen mit Kurzlichtbogencharakteristik so zu entwickeln, daß mit vergleichsweise kleinem Aufwand und Verzicht auf zusätzliche Einrichtungen am Schweißkopf eine optimale Auslastung einer jeden Strom kontaktdüse bei gleichzeitiger Sicherung der Schweißparameterstabilität gewährleistet wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schweißspannungssignal in die Anteile der Lichtbogenbrennphase und der Tropfenübergangsphase zerlegt wird, daß aus dem Spannungssignal der Tropfenübergangsphase innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches einerseits dessen Mittelwert und andererseits der sich einstellende minimale oder maximale Spannungswert ermittelt werden, daß diese Werte miteinander verglichen werden und daß die Größe der Differenz der Werte als ' Maß des wirksamen Verschleißzustandes von Prozeßsteuerungen verarbeitet werden. Während eines Tropfenüberganges bricht die „Schweißspannung" auf einen Wert zusammen, der vom in dem Moment fließenden Schweißstrom und der Widerstandsbrücke, die sich aus freiem Drahtende, Schmelztropfen und einem in die Stromkontaktdüse bis zur Stromkontaktstelle reichenden Drahtende zusammensetzt, bestimmt wird und üblicherweise in der Größenordnung von einigen wenigen Volt liegt.. Änderungen der Stromkontaktstelle innerhalb der Stromkontaktdüse durch