PL193412B1

PL193412B1 - Sposób i urządzenie do zgrzewania oporowego

Info

Publication number: PL193412B1
Application number: PL00351520A
Authority: PL
Inventors: Erdogan Karakas
Original assignee: Erdogan Karakas
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2007-02-28
Also published as: PL351520A1; DE19915121A1; DE19915121C2

Abstract

1. Sposób zgrzewania oporowego, w szczegól- nosci blach aluminiowych, w którym dla wytworzenia przemiennego pradu zgrzewania podczas zgrzewa- nia odwraca sie biegunowosc napiecia stalego przy- lozonego na elektrody zgrzewajace, znamienny tym, ze podczas zgrzewania mierzy sie wartosc co najmniej jednego parametru zgrzewania, zas mo- ment odwrócenia biegunowosci napiecia stalego dobiera sie w zaleznosci od zmierzonej wartosci co najmniej jednego z parametrów. 11. Urzadzenie do zgrzewania oporowego, ze srodkami do wytwarzania napiecia stalego podawa- nego na elektrody zgrzewajace urzadzenia i ze srod- kami do wytwarzania przemiennego pradu zgrzewa- nia przez odwracanie biegunowosci napiecia stalego przylozonego do elektrod podczas procesu zgrze- wania, znamienne tym, ze zawiera srodki pomiaro- we (22) do pomiaru wartosci co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania w trakcie tego proce- su oraz polaczone ze srodkami pomiarowymi (22) srodki sterujace (20) do sterowania momentem od- wrócenia biegunowosci napiecia stalego przez srodki odwracajace w zaleznosci od zmierzonej wartosci co najmniej jednego parametru. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do zgrzewania oporowego.

Podczas zgrzewania oporowego prądem stałym nagrzewają się nierównomiernie elektrody zgrzewające, przy czym elektroda o biegunowości dodatniej ma wyższą temperaturę niż elektroda o biegunowości ujemnej. Tłumaczy się to występowaniem zjawiska Peltiera i ciepła Joule'a. Jednostronne nagrzewanie dodatniej elektrody zgrzewającej powoduje skrócenie żywotności lub też zwiększone zużycie tej elektrody a także przesunięcie położenia tworzącego się przy zgrzewaniu jądra z pożądanej pozycji środkowej w kierunku bardziej nagrzanej elektrody o biegunowości dodatniej. Dotyczy to zwłaszcza materiałów o zwiększonej przewodności cieplnej, przykładowo aluminium.

Celem uniknięcia tych wad znane jest stosowanie prądu przemiennego do zgrzewania.

Sposób i urządzenie do zgrzewania oporowego prądem przemiennym znane jest z DE 41 13 117 C1. Według tego sposobu na stronie pierwotnej transformatora zgrzewalniczego wytwarzany jest najpierw ciąg dodatnich impulsów prądowych o średniej częstotliwości i następnie ciąg ujemnych impulsów prądowych i są one doprowadzane do elektrod zgrzewających podłączonych do uzwojenia wtórnego transformatora. Otrzymuje się w ten sposób prąd przemienny. Wada tego znanego sposobu polega na tym, że transformator zgrzewalniczy musi przenosić nie tylko impulsy prądowe średniej częstotliwości lecz także wypadkowy prąd o niskiej częstotliwości, ponieważ przemienny prąd zgrzewania jest uzyskiwany na pierwotnej stronie transformatora. Potrzebny do tego transformator jest duży i ciężki oraz drogi w produkcji. Poza tym charakterystyka przemiennego prądu zgrzewania w tym znanym urządzeniu nie może mieć prostokątnego kształtu, gdyż transformator taki nie pozwala przenosić prądu o takim kształcie charakterystyki.

Podobne urządzenia znane są z DE 30 05 083 C2 i EP 0261 328 A1. Poza tym zDE 295 08 868 U1 znane jest urządzenie do zgrzewania elektrycznego.

Z DE 44 40 351 C1 znany jest sposób zgrzewania oporowego określonego w zastrzeżeniu 1 rodzaju, według którego celem wytworzenia przemiennego prądu zgrzewania odwracana jest podczas zgrzewania biegunowość napięcia stałego przyłożonego do elektrod zgrzewających. Według informacji podanych w opisie chodzi o wyeliminowanie przesunięcia jądra zgrzeiny ku elektrodzie o wyższej temperaturze i w efekcie jest ono usytuowane niesymetrycznie względem płaszczyzny styku zgrzewanych przedmiotów, co pogarsza wytrzymałość zgrzewanego połączenia. Okazało się, że znanym z tego opisu sposobem nie można niezawodnie uniknąć tworzenia się jąder zgrzeinowych położonych niesymetrycznie względem płaszczyzny styku zgrzewanych przedmiotów.

Sposoby zgrzewania oporowego znane są ponadto z EP-A-0 688 626, US-A-5 237 147, US-A-4 973 815, EP-A-0 835 713 i EP-A-0 756 915.

Celem wynalazku jest zaproponowanie sposobu i urządzenia do zgrzewania oporowego, które nie mają wad znanych ze stanu techniki i które skutecznie zapobiegają powstawaniu jądra zgrzeinowego niesymetrycznego względem płaszczyzny styku między zgrzewanymi przedmiotami.

Sposób zgrzewania oporowego, w szczególności blach aluminiowych, w którym dla wytworzenia przemiennego prądu zgrzewania podczas zgrzewania odwraca się biegunowość napięcia stałego przyłożonego na elektrody zgrzewające, według wynalazku charakteryzuje się tym, że podczas zgrzewania mierzy się wartość co najmniej jednego parametru zgrzewania, zaś moment odwrócenia biegunowości napięcia stałego dobiera się w zależności od zmierzonej wartości co najmniej jednego z parametrów.

Korzystnie, kształtuje się powstawanie jądra zgrzeiny na płaszczyźnie styku między zgrzewanymi przedmiotami i/albo żywotność i zużycie elektrod, oddziałując na co najmniej jeden parametr przemiennego prądu zgrzewania w zależności od co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania, którego wartość mierzy się podczas zgrzewania.

Korzystnie, jako parametry przemiennego prądu zgrzewania stosuje się co najmniej stosunek czasu trwania dodatniej półfali do czasu trwania ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania, zwany zrównoważeniem, i/albo odstęp czasowy między dodatnią półfalą i ujemną półfalą przemiennego prądu zgrzewania, zwany czasem martwym, i/albo kształt dodatniej półfali i/albo kształt ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo amplitudę dodatniej półfali i/albo amplitudę ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo współczynnik trwania impulsu przemiennego prądu zgrzewania.

Korzystnie, do parametrów procesu zgrzewania zalicza się co najmniej temperaturę elektrod zgrzewających i/albo grubość i/albo materiał zgrzewanych przedmiotów i/albo siłę, z jaką stykają się

PL 193 412 B1 elektrody ze zgrzewanymi przedmiotami, i/albo stopień zużycia elektrod i/albo istniejącą na początku zgrzewania między elektrodami oporność zgrzewanych przedmiotów, i/albo całkowity czas trwania zgrzewania, podczas którego odbywało się zgrzewanie z pozostającą bez zmian biegunowością elektrod od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo ilość połączeń zgrzewanych, w szczególności zgrzein punktowych i liniowych, które wykonano bez zmian biegunowości od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo stosunek czasu, w którym elektroda miała dodatnią biegunowość przy wykonywaniu większości połączeń zgrzewanych, do czasu, w którym elektroda miałaujemną biegunowość podczas wykonywania większości połączeń zgrzewanych.

Korzystnie, podczas zgrzewania co najmniej dwukrotnie odwraca się biegunowość napięcia stałego.

Korzystnie, podczas zgrzewania mierzy się wartość co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania i że w zależności od zmierzonej wartości co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania steruje się lub reguluje co najmniej jeden parametr przemiennego prądu zgrzewania.

Korzystnie, parametry przemiennego prądu zgrzewania steruje się lub reguluje w zależności od co najmniej jednego parametru zgrzewania, tak kształtując na płaszczyźnie styku między zgrzewanymi przedmiotami jądro zgrzeiny, które jest w zasadzie symetryczne przynajmniej względem tej płaszczyzny.

Korzystnie, ilością odwróceń biegunowości i/albo parametrami przemiennego prądu zgrzewania steruje się w zależności od wartości co najmniej jednego parametru zgrzewania tak, że podczas większości procesów zgrzewania albo w określonym przedziale czasu suma czasów zgrzewania, gdy elektroda ma biegunowość dodatnią, jest w zasadzie równa sumie czasów zgrzewania, gdy elektroda ma biegunowość ujemną.

Korzystnie, stopień zużycia i/albo kształt elektrod zgrzewających wyznacza się za pomocą środków optycznych.

Korzystnie, temperaturę elektrod zgrzewających mierzy się bezstykowo, w szczególności za pomocą środków do pomiaru promieniowania podczerwonego, na przykład przy użyciu kamery na podczerwień.

Urządzenie do zgrzewania oporowego, ze środkami do wytwarzania napięcia stałego podawanego na elektrody zgrzewające urządzenia i ze środkami do wytwarzania przemiennego prądu zgrzewania przez odwracanie biegunowości napięcia stałego przyłożonego do elektrod podczas procesu zgrzewania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera środki pomiarowe do pomiaru wartości co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania w trakcie tego procesu oraz połączone ze środkami pomiarowymi środki sterujące do sterowania momentem odwrócenia biegunowości napięcia stałego przez środki odwracające w zależności od zmierzonej wartości co najmniej jednego parametru.

Korzystnie, środki do wytwarzania napięcia obejmują środki prostownicze do prostowania napięcia przemiennego, środki przekształcające napięcie, które są przyporządkowane środkom prostowniczym i rozdzielają wyprostowane napięcie przemienne na impulsy, transformator zgrzewalniczy przyporządkowany środkom przekształcającym i przyporządkowane temu transformatorowi środki prostownicze do wytwarzania napięcia stałego przykładanego do elektrod zgrzewających.

Korzystnie, środki przemiany częstotliwości są połączone z elektrodami zgrzewającymi i poprzez prostownik z uzwojeniem wtórnym transformatora zgrzewalniczego.

Korzystnie, środki przemiany częstotliwości mają środki przełączające z co najmniej dwoma przełącznikami, które mogą być wysterowane środkami sterującymi.

Korzystnie, środki sterujące stanowią środki do sterowania albo regulacji co najmniej jednego parametru przemiennego prądu zgrzewania w zależności od wartości co najmniej jednego parametru, zmierzonej podczas procesu zgrzewania.

Korzystnie, parametry przemiennego prądu zgrzewania obejmują co najmniej stosunek czasu trwania dodatniej półfali do czasu trwania ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania, zwany zrównoważeniem, i/albo odstęp czasowy między dodatnią półfalą i ujemną półfalą przemiennego prądu zgrzewania, zwany czasem martwym, i/albo kształt dodatniej półfali i/albo kształt ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo amplitudę dodatniej półfali i/albo amplitudę ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo współczynnik trwania impulsu przemiennego prądu zgrzewania.

Korzystnie, parametry procesu zgrzewania obejmują co najmniej temperaturę elektrod zgrzewających i/albo grubość zgrzewanych przedmiotów i/albo siłę, z jaką stykają się elektrody ze zgrzewanymi przedmiotami i/albo stopień zużycia elektrod i/albo istniejącą na początku zgrzewania między elektrodami oporność zgrzewanych przedmiotów i/albo całkowity czas trwania zgrzewania, podczas

PL 193 412 B1 którego odbywało się zgrzewanie z pozostającą bez zmian biegunowością elektrod od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo ilość połączeń zgrzewanych, w szczególności zgrzein punktowych i liniowych, które wykonano bez zmian biegunowości od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo stosunek czasu, w którym elektroda miała dodatnią biegunowość przy wykonywaniu większości połączeń zgrzewanych, do czasu, w którym elektroda miała ujemną biegunowość podczas wykonywania większości połączeń zgrzewanych.

Korzystnie, środki sterujące stanowią środki do takiego ustawiania, sterowania lub regulacji co najmniej jednego parametru przemiennego prądu zgrzewania w zależności od parametrów procesu zgrzewania, że na płaszczyźnie styku między zgrzewanymi przedmiotami ukształtowane zostaje jądro zgrzeiny, które jest w zasadzie symetryczne przynajmniej względem tej płaszczyzny.

Korzystnie, ze środkami sterującymi połączone jest urządzenie wejściowe do wprowadzania z zewnątrz przynajmniej jednego parametru procesu zgrzewania.

W sposobie według wynalazku podczas procesu zgrzewania, a więc w czasie tworzenia się jądra lub zgrzeiny liniowej, mierzy się wartość co najmniej jednego parametru zgrzewania. Według wynalazku następuje potem odwrócenie biegunowości napięcia stałego podczas zgrzewania w zależności od zmierzonej wartości parametru albo od co najmniej jednego ze zmierzonych parametrów. Mierzonym parametrem może być przykładowo temperatura elektrod zgrzewających, które nazywa się dalej w skrócie elektrodami. Jeżeli pomiar temperatury wykaże na przykład, że dodatnia elektroda jest bardziej nagrzana, to następuje odwrócenie biegunowości elektrod. Potem początkowo ujemna, czyli zimniejsza elektroda nagrzewa się silniej niż druga, teraz ujemna elektroda, aż do wyrównania różnicy temperatur. Gdy obecnie dodatnia elektroda nagrzeje się mocniej, to znów następuje odwrócenie biegunowości. Wten sposób można niemal całkowicie wyeliminować różnicę temperatur między elektrodami zgrzewającymi, jeżeli jądro zgrzeiny ma być symetryczne względem płaszczyzny styku między zgrzewanymi przedmiotami. Gdy potrzebne jest stworzenie jądra zgrzeiny położonego niesymetrycznie względem płaszczyzny styku, można to uzyskać sposobem według wynalazku poprzez sterowanie temperaturą elektrod za pomocą dowolnego odwracania biegunowości.

Ponadto sposób według wynalazku przyczynia się do równomiernego zużycia elektrod oraz do zwiększenia ich trwałości. Zapobiega to przedwczesnemu zużyciu i skraca czas przezbrojenia związany z wymianą elektrod, dzięki temu zgrzewanie jest mniej kosztowne.

Sposób według wynalazku i urządzenie według wynalazku są przeznaczone do zgrzewania zarówno punktowego, jak też liniowego i nadają się szczególnie dobrze do zgrzewania aluminium.

Jeżeli celem oddziaływania na tworzenie się jądra zgrzeiny na płaszczyźnie styku między zgrzewanymi przedmiotami i/albo celem wpływania na żywotność i zużycie elektrod oddziałuje się na przynajmniej jeden parametr przemiennego prądu zgrzewania w zależności od co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania, którego wartość mierzy się podczas zgrzewania, wówczas sposób według wynalazku można dostosować na przykład do różnych przedmiotów zgrzewanych, a tym samym zwiększyć jego elastyczność.

Według wynalazku parametry przemiennego prądu zgrzewania obejmują co najmniej stosunek czasu trwania dodatniej półfali do czasu trwania ujemnej półfali prądu przemiennego (zrównoważenie) i/albo odstęp czasowy między dodatnią półfalą i ujemną półfalą przemiennego prądu zgrzewania (czas przerwy) i/albo kształt dodatniej półfali i/albo kształt ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo amplitudę dodatniej półfali i/albo amplitudę ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo współczynnik trwania impulsu przemiennego prądu zgrzewania. Dobierając odpowiednio jeden lub kilka tych parametrów można wpływać w szerokich granicach w pożądany sposób na proces zgrzewania. Przy tym parametry można ustawiać oddzielnie albo w przynajmniej częściowym powiązaniu ze sobą i/albo można wpływać na nie w procesie zgrzewania. Tak więc podczas zgrzewania można zmieniać te parametry albo utrzymywać je w zasadzie bez zmian.

Jako podstawę oddziaływania na te parametry można przyjąć w zasadzie dowolne parametry procesu zgrzewania. Według wynalazku do parametrów procesu zgrzewania zalicza się co najmniej temperaturę elektrod zgrzewających i/albo grubość i/albo materiał zgrzewanych przedmiotów i/albo siłę, z jaką stykają się elektrody ze zgrzewanymi przedmiotami, i/albo stopień zużycia elektrod i/albo istniejącą na początku zgrzewania między elektrodami oporność zgrzewanych przedmiotów, i/albo całkowity czas trwania zgrzewania, podczas którego odbywało się zgrzewanie z pozostającą bez zmian biegunowością elektrod od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo ilość połączeń zgrzewanych, w szczególności zgrzein punktowych i liniowych, które wykonano bez zmian biegunowości od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo stosunek

PL 193 412 B1 czasu, w którym elektroda miała dodatnią biegunowość przy wykonywaniu większości połączeń zgrzewanych, do czasu, w którym elektroda miała ujemną biegunowość podczas wykonywania większości połączeń zgrzewanych.

Parametry te stanowią dobrą podstawę do oddziaływania na parametry przemiennego prądu zgrzewania. W razie potrzeby można jednak wykorzystać jeszcze inne parametry procesu zgrzewania.

Jeżeli podczas zgrzewania mierzy się wartość co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania i w zależności od zmierzonej wartości tego co najmniej jednego parametru steruje się lub reguluje co najmniej jeden parametr przemiennego prądu zgrzewania, wówczas parametry procesu zgrzewania mierzy się „on-line podczas zgrzewania, co umożliwia wpływanie na parametry prądu zgrzewania w zależności od zmian tych parametrów procesu. Pozwala to jeszcze dokładniej sterować położeniem jądra zgrzeiny względem płaszczyzny styku lub też jeszcze dokładniej sterować zużyciem elektrod oraz poprawić jakość połączenia zgrzewanego.

W zasadzie sposób według wynalazku umożliwia dowolne usytuowanie jądra zgrzeiny względem płaszczyzny styku między zgrzewanymi przedmiotami. Jednak celowo parametry przemiennego prądu zgrzewania są ustawiane albo sterowane lub regulowane w zależności od przynajmniej jednego parametru zgrzewania tak, że na płaszczyźnie styku miedzy zgrzewanymi przedmiotami tworzy się jądro zgrzeiny, które przynajmniej względem tej płaszczyzny jest w zasadzie symetryczne. Dzięki temu połączenie zgrzewane ma szczególnie wysoką jakość.

Jeżeli steruje się ilością odwróceń biegunowości i/albo parametrami przemiennego prądu zgrzewania tak, że podczas większości procesów zgrzewania albo w określonym przedziale czasu suma czasów zgrzewania, gdy elektroda ma biegunowość dodatnią, jest w zasadzie równa sumie czasów zgrzewania, gdy elektroda ma biegunowość ujemną, wówczas elektrody są równomiernie „obciążone biegunowością dodatnią i ujemną, co skutecznie zapobiega nierównomiernemu nagrzewaniu elektrod.

Stopień zużycia i/albo kształt elektrod można wyznaczać w dowolny, przeznaczony do tego sposób, na przykład za pomocą środków optycznych.

Temperaturę elektrod zgrzewających można mierzyć w dowolny odpowiedni sposób, na przykład bezstykowo, w szczególności za pomocą środków do pomiaru promieniowania podczerwonego, na przykład przy użyciu kamery na podczerwień.

Urządzenie według wynalazku ma prostą budowę oraz jest efektywne i niezawodne w eksploatacji.

Jeżeli środki przemiany częstotliwości są połączone z elektrodami i poprzez prostownik z uzwojeniem wtórnym transformatora zgrzewalniczego, wówczas przemienny prąd zgrzewania jest wytwarzany na stronie wtórnej transformatora zgrzewalniczego, a więc można wykorzystać transformator o stosunkowo małej wadze i objętości, ponieważ występujące wtedy częstotliwości przenoszonego przez transformator prądu leżą w zakresie kHz. Tak więc nie są potrzebne duże i ciężkie transformatory zgrzewalnicze. Umożliwia to zastosowanie urządzenia według wynalazku w robotach zgrzewalniczych.

Środki przemiany częstotliwości mogą być zaopatrzone w łączniki z co najmniej dwoma przełącznikami, które z kolei mogą być sterowane środkami sterującymi. Przy tym przełączniki te mogą być ukształtowane w dowolny sposób, na przykład jako tranzystory, tyrystory lub tym podobne. Odnośnie ukształtowania środków przełączających wskazuje się na DE 295 08 868 U1, gdzie pokazano różne środki przełączające nadające się do urządzenia według wynalazku i niniejszym powołujemy się na te środki.

Można jednak również zamiast albo w uzupełnieniu pomiaru wprowadzać do urządzenia według wynalazku parametry procesu zgrzewania. W tym celu przewiduje się połączone ze środkami sterującymi urządzenie wejściowe do zewnętrznego wprowadzania przynajmniej jednego parametru procesu zgrzewania. Dzięki temu można wpływać ręcznie na proces zgrzewania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy przykładu realizacji urządzenia według wynalazku do realizacji sposobu według wynalazku, fig. 2 - kształty charakterystyk przemiennego prądu zgrzewania, zaś fig. 3 - podobnie jak na fig. 2, inny kształt charakterystyki przemiennego prądu zgrzewania.

Na figurze 1 przedstawiono schemat blokowy zgodnego z wynalazkiem urządzenia 2 do zgrzewania oporowego przeznaczonego do realizacji sposobu według wynalazku, które posiada środki 4 do wytwarzania napięcia stałego podawanego na elektrody zgrzewające 6, 8, zwane dalej w skrócie elektrodami. Poza tym urządzenie to ma środki przemiany częstotliwości 9 do wytwarzania przemiennego prądu zgrzewania przez odwrócenie biegunowości napięcia stałego przyłożonego do elektrod 6, 8.

PL 193 412 B1

Środki do wytwarzania napięcia 4 obejmują w tym przykładzie realizacji środki prostownicze 10 do prostowania trójfazowego w przykładzie realizacji napięcia przemiennego. Poza tym w skład środków 4 wchodzą środki przekształcające 12, które są przyporządkowane do środków prostowniczych 10 i rozdzielają wyprostowane napięcie przemienne na impulsy, na przykład o częstotliwości 50 kHz. Do środków 12 jest przyporządkowany transformator zgrzewalniczy 14 dostosowany do średniej częstotliwości na przykład 1-100 kHz. Transformator 14 nie musi przenosić niskich częstotliwości, a więc może on być odpowiednio mały i lekki.

W skład środków przemiany częstotliwości 9 wchodzi prostownik 16, który prostuje napięcie wtórne transformatora zgrzewalniczego 14 i w ten sposób wytwarza napięcie stałe podawane na elektrody 6, 8. Do prostownika 16 jest przyporządkowany falownik 18, który celem wytworzenia przemiennego prądu zgrzewania odwraca biegunowość napięcia stałego podawanego na elektrody 6,8.

Urządzenie 2 według wynalazku posiada ponadto środki sterujące 20, które wysterowują falownik 18 środków przemiany częstotliwości 9 tak, że odwraca on podczas zgrzewania biegunowość przyłożonego do elektrod 6, 8 napięcia stałego w zależności od wartości co najmniej jednego parametru zgrzewania mierzonej podczas procesu zgrzewania. Środki pomiarowe 22 służą do pomiaru parametrów procesu zgrzewania, na przykład temperatury elektrod 6, 8 i/albo grubości zgrzewanych przedmiotów 24, 26, które przylegają do siebie w płaszczyźnie styku 28, i/albo siły, z jaką elektrody 6,8 są dociskane do zgrzewanych przedmiotów 24, 26 i/albo stopnia zużycia elektrod 6, 8 i/albo istniejącej na początku zgrzewania między elektrodami 6, 8 oporności zgrzewanych przedmiotów 24, 26. Środki pomiarowe mogą mierzyć wartość jednego lub więcej parametrów zgrzewania przed rozpoczęciem i/albo podczas zgrzewania.

Środki sterujące 20 służą do sterowania procesem zgrzewania. Sterują one albo regulują odwracanie biegunowości napięcia stałego na elektrodach 6, 8 i ewentualnie co najmniej jeden parametr wytwarzanego przez falownik 18 przemiennego prądu zgrzewania w zależności od zmierzonych środkami 22 wartości parametrów podczas zgrzewania.

Sterowane środkami 20 parametry przemiennego prądu zgrzewania mogą obejmować przykładowo stosunek czasu trwania dodatniej półfali do czasu trwania ujemnej półfali (zrównoważenie) i/albo odstęp czasowy miedzy dodatnią półfalą i ujemną półfalą (czas przerwy) i/albo kształt dodatniej półfali i/albo ujemnej półfali i/albo amplitudę dodatniej półfali i/albo amplitudę ujemnej półfali i/albo współczynnik trwania impulsu przemiennego prądu zgrzewania.

Połączone ze środkami sterującymi 20 urządzenie wejściowe 30 służy do wprowadzania z zewnątrz przynajmniej jednego parametru procesu zgrzewania.

Sposób według wynalazku jest realizowany za pomocą urządzenia 2 według wynalazku jak opisano niżej.

Napięcie przemienne wyprostowane środkami prostowniczymi 10 jest rozdzielane na impulsy środkami przekształcającymi 12 i jest przenoszone przez transformator zgrzewalniczy 14. Podłączony do strony wtórnej tego transformatora prostownik 16 wytwarza z sygnału wyjściowego transformatora14 napięcie stałe podawane na elektrody 6, 8. Poprzez odwracanie biegunowości napięcia stałego przyłożonego do elektrod 6, 8 wytwarza falownik 18 przemienny prąd zgrzewania mający w zasadzie prostokątną charakterystykę (por. fig. 2), przy czym falownik 18 jest wysterowany środkami sterującymi 20 tak, że odwracanie biegunowości odbywa się w zależności od zmierzonej wartości parametru lub parametrów procesu zgrzewania. Stosownie do wymagań danego procesu zgrzewania środki 20 sterują ponadto wyżej wspomnianymi parametrami prądu zgrzewania tak, że prąd ten ma charakterystykę o pożądanym kształcie.

Na figurze 2 z lewej strony przedstawiono pierwszy przykład takiej charakterystyki, gdzie czas trwania dodatniej półfali jest krótszy niż czas trwania ujemnej półfali, przy czym półfale te mają jednakową amplitudę i następują po sobie bez odstępu czasowego (czas przerwy).

Na figurze 2 z prawej strony pokazano inną charakterystykę, która różni się od tej z lewej strony fig.2 tym, że czas trwania dodatniej półfali 32 jest większy od czasu trwania ujemnej półfali 34.

Na figurze 3 przedstawiono trzeci przykład charakterystyki, która różni się od charakterystyki pokazanej z prawej strony fig. 2 tym, że dodatnie i ujemne półfale następują po sobie w odstępie czasowym (czas przerwy).

Podczas zgrzewania środki pomiarowe 22 mierzą w sposób ciągły lub okresowo jeden lub więcej parametrów zgrzewania, przy czym środki 20 sterują parametrami przemiennego prądu zgrzewania w zależności od zmierzonych środkami 22 wartości parametrów oraz wysterowują lub regulują odwracanie biegunowości napięcia stałego tak, że na płaszczyźnie styku 28 między zgrzewanymi

PL 193 412 B1 przedmiotami 24, 26 tworzy się zaznaczone na fig. 2 odnośnikiem 36 jądro zgrzeiny, które jest symetryczne przynajmniej względem płaszczyzny styku 28.

Gdy najpierw elektroda 6 ma biegunowość dodatnią a elektroda 8 jest ujemna i środki sterujące20 stwierdzą, że dodatnia elektroda 6 nagrzała się mocniej niż ujemna elektroda 8 i że różnica temperatur między elektrodami 6, 8 przekroczyła ustaloną wartość, to środki 20 wysterowują falownik18 tak, że odwraca on biegunowość napięcia stałego na elektrodach 6, 8. Wskutek tego początkowo ujemna i chłodniejsza elektroda 8 staje się dodatnią i nagrzewa się mocniej niż początkowo dodatnia i teraz ujemna elektroda 6, aż nastąpi wyrównanie różnicy temperatur między elektrodami.

Ponadto środki sterujące 20 mogą ewentualnie jeszcze sterować lub regulować parametry przemiennego prądu zgrzewania. Gdy środki 20 stwierdzą na przykład, że przy pokazanej z lewej strony na fig. 2 charakterystyce jedna z elektrod 6, 8 nagrzała się mocniej, to może nastąpić przykładowo przełączenie na charakterystykę widoczną po prawej stronie fig. 2, tak że wówczas cieplejsza z elektrod 6, 8 jest później więcej „obciążona biegunowością ujemną a chłodniejsza z elektrod 6, 8 biegunowością dodatnią, tak że wyrównuje się temperatura obu elektrod 6, 8. W ten sposób tworzy się symetryczne względem płaszczyzny styku 28 jądro zgrzeiny i połączenie przedmiotów 24, 26 ma lepszą jakość. Poza tym uzyskuje się równomierne zużycie elektrod 6, 8.

Sposób według wynalazku umożliwia dowolne sterowanie położeniem jądra zgrzeiny 36 w kierunku prostopadłym do płaszczyzny styku 28 poprzez odpowiednie sterowanie temperaturą elektrod 6, 8. W razie potrzeby za pomocą tego sposobu można też utworzyć niesymetryczne względem płaszczyzny 28 jądro zgrzeiny 36.

Gdy jest to potrzebne, można wpływać w pożądany sposób poprzez środki sterujące 20 na wszystkie wymienione wyżej parametry przemiennego prądu zgrzewania. Poza tym można wykorzystać dowolne odpowiednie parametry procesu zgrzewania do oddziaływania na parametry tego prądu.

Poniżej celem objaśnienia rysunku zamieszczony jest wykaz odnośników użytych na poszczególnych figurach.

Figura 1

N :sieć

GR : prostownik

AC :prąd przemienny

DC :prąd stały

CH : impulsator (przerywacz)

TR : transformator

WR : falownik

MF : częstotliwość średnia

GL : prostowanie impulsów MF

NF : częstotliwość niska

E1 : elektroda 1

E2 : elektroda 2

F1 :siła na elektrodzie E1

F2 :siła na elektrodzie E2

Ip :prąd pierwotny

Iz :prąd pośredni

Is :prąd wtórny

Us : napięcie wtórne

UT1 : napięcie jako funkcja temperatury elektrody E1

UT2 : napięcie jako funkcja temperatury elektrody E2

UF1 : napięcie jako funkcja nacisku elektrody E1

UF2 : napięcie jako funkcja nacisku elektrody E2

ST1 : czujnik temperatury na E1

ST2 : czujnik temperatury na E2

SF1 : czujnik siły na elektrodzie E1

SF2 : czujnik siły na elektrodzie E2

Figura 2

E1 : elektroda 1

E2 : elektroda 2

PL 193 412 B1

t1	: czas trwania dodatniej półfali
t2	: czas trwania ujemnej półfali
T1	: temperatura elektrody 1
T2	: temperatura elektrody 2
t	: oś czasu
A	: amplituda
^a1	: amplituda dodatniej półfali
^a2	: amplituda ujemnej półfali
Figura 3
TO	: czas przerwy
a	: kąt wzniosu

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zgrzewania oporowego, w szczególności blach aluminiowych, w którym dla wytworzenia przemiennego prądu zgrzewania podczas zgrzewania odwraca się biegunowość napięcia stałego przyłożonego na elektrody zgrzewające, znamienny tym, że podczas zgrzewania mierzy się wartość co najmniej jednego parametru zgrzewania, zaś moment odwrócenia biegunowości napięcia stałego dobiera się w zależności od zmierzonej wartości co najmniej jednego z parametrów.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się powstawanie jądra zgrzeiny na płaszczyźnie styku między zgrzewanymi przedmiotami i/albo żywotność i zużycie elektrod, oddziałując na co najmniej jeden parametr przemiennego prądu zgrzewania w zależności od co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania, którego wartość mierzy się podczas zgrzewania.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako parametry przemiennego prądu zgrzewania stosuje się co najmniej stosunek czasu trwania dodatniej półfali do czasu trwania ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania, zwany zrównoważeniem, i/albo odstęp czasowy między dodatnią półfalą i ujemną półfalą przemiennego prądu zgrzewania, zwany czasem martwym, i/albo kształt dodatniej półfali i/albo kształt ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo amplitudę dodatniej półfali i/albo amplitudę ujemnej półfali przemiennego prądu zgrzewania i/albo współczynnik trwania impulsu przemiennego prądu zgrzewania.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do parametrów procesu zgrzewania zalicza się co najmniej temperaturę elektrod zgrzewających i/albo grubość i/albo materiał zgrzewanych przedmiotów i/albo siłę, z jaką stykają się elektrody ze zgrzewanymi przedmiotami, i/albo stopień zużycia elektrod i/albo istniejącą na początku zgrzewania między elektrodami oporność zgrzewanych przedmiotów, i/albo całkowity czas trwania zgrzewania, podczas którego odbywało się zgrzewanie z pozostającą bez zmian biegunowością elektrod od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo ilość połączeń zgrzewanych, w szczególności zgrzein punktowych i liniowych, które wykonano bez zmian biegunowości od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo stosunek czasu, w którym elektroda miała dodatnią biegunowość przy wykonywaniu większości połączeń zgrzewanych, do czasu, w którym elektroda miała ujemną biegunowość podczas wykonywania większości połączeń zgrzewanych.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas zgrzewania co najmniej dwukrotnie odwraca się biegunowość napięcia stałego.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas zgrzewania mierzy się wartość co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania i że w zależności od zmierzonej wartości co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania steruje się lub reguluje co najmniej jeden parametr przemiennego prądu zgrzewania.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że parametry przemiennego prądu zgrzewania steruje się lub reguluje w zależności od wartości co najmniej jednego parametru zgrzewania tak, że kształtuje się na płaszczyźnie styku między zgrzewanymi przedmiotami jądro zgrzeiny (36), które jest w zasadzie symetryczne przynajmniej względem tej płaszczyzny.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilością odwróceń biegunowości i/albo parametrami przemiennego prądu zgrzewania steruje się w zależności od wartości co najmniej jednego parametru zgrzewania tak, że podczas większości procesów zgrzewania albo w określonym przedziale

PL 193 412 B1 czasu suma czasów zgrzewania, gdy elektroda ma biegunowość dodatnią, jest w zasadzie równa sumie czasów zgrzewania, gdy elektroda ma biegunowość ujemną.

9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stopień zużycia i/albo kształt elektrod zgrzewających wyznacza się za pomocą środków optycznych.

10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że temperaturę elektrod zgrzewających mierzy się bezstykowo, w szczególności za pomocą środków do pomiaru promieniowania podczerwonego, na przykład przy użyciu kamery na podczerwień.

11. Urządzenie do zgrzewania oporowego, ze środkami do wytwarzania napięcia stałego podawanego na elektrody zgrzewające urządzenia i ze środkami do wytwarzania przemiennego prądu zgrzewania przez odwracanie biegunowości napięcia stałego przyłożonego do elektrod podczas procesu zgrzewania, znamienne tym, że zawiera środki pomiarowe (22) do pomiaru wartości co najmniej jednego parametru procesu zgrzewania w trakcie tego procesu oraz połączone ze środkami pomiarowymi (22) środki sterujące (20) do sterowania momentem odwrócenia biegunowości napięcia stałego przez środki odwracające w zależności od zmierzonej wartości co najmniej jednego parametru.

12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że środki do wytwarzania napięcia obejmują środki prostownicze (10) do prostowania napięcia przemiennego, środki przekształcające napięcie (12), które są przyporządkowane środkom prostowniczym (10) i rozdzielają wyprostowane napięcie przemienne na impulsy, transformator zgrzewalniczy (14) przyporządkowany środkom przekształcającym (12) i przyporządkowane temu transformatorowi (14) środki prostownicze (16) do wytwarzania napięcia stałego przykładanego do elektrod zgrzewających (6, 8).

13. Urządzenie według zastrz. 11 albo 12, znamienne tym, że środki przemiany częstotliwości (9) są połączone z elektrodami zgrzewającymi (6, 8) i poprzez prostownik (16) z uzwojeniem wtórnym transformatora zgrzewalniczego (14).

14. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że środki przemiany częstotliwości (9) mają środki przełączające z co najmniej dwoma przełącznikami, które mogą być wysterowane środkami sterującymi.

15. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że środki sterujące (20) stanowią środki do sterowania albo regulacji co najmniej jednego parametru przemiennego prądu zgrzewania w zależności od wartości co najmniej jednego parametru, zmierzonej podczas procesu zgrzewania.

16. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że parametry przemiennego prądu zgrzewania obejmują co najmniej stosunek czasu trwania dodatniej półfali (32) do czasu trwania ujemnej półfali (34) przemiennego prądu zgrzewania, zwany zrównoważeniem, i/albo odstęp czasowy między dodatnią półfalą (32) i ujemną półfalą (34) przemiennego prądu zgrzewania, zwany czasem martwym, i/albo kształt dodatniej półfali (32) i/albo kształt ujemnej półfali (34) przemiennego prądu zgrzewania i/albo amplitudę dodatniej półfali (32) i/albo amplitudę ujemnej półfali (34) przemiennego prądu zgrzewania i/albo współczynnik trwania impulsu przemiennego prądu zgrzewania.

17. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że parametry procesu zgrzewania obejmują co najmniej temperaturę elektrod zgrzewających (6, 8) i/albo grubość zgrzewanych przedmiotów (24, 26) i/albo siłę, z jaką stykają się elektrody (6,8) ze zgrzewanymi przedmiotami (24, 26) i/albo stopień zużycia elektrod (6, 8) i/albo istniejącą na początku zgrzewania między elektrodami oporność zgrzewanych przedmiotów i/albo całkowity czas trwania zgrzewania, podczas którego odbywało się zgrzewanie z pozostającą bez zmian biegunowością elektrod (6, 8)od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo ilość połączeń zgrzewanych, w szczególności zgrzein punktowych i liniowych, które wykonano bez zmian biegunowości od poprzedniego odwrócenia biegunowości napięcia stałego, i/albo stosunek czasu, w którym elektroda miała dodatnią biegunowość przy wykonywaniu większości połączeń zgrzewanych, do czasu, w którym elektroda miała ujemną biegunowość podczas wykonywania większości połączeń zgrzewanych.

18. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że środki sterujące (20) stanowią środki do takiego ustawiania, sterowania lub regulacji co najmniej jednego parametru przemiennego prądu zgrzewania w zależności od parametrów procesu zgrzewania, że na płaszczyźnie styku między zgrzewanymi przedmiotami (24, 26) ukształtowane zostaje jądro zgrzeiny (36), które jest w zasadzie symetryczne przynajmniej względem tej płaszczyzny.

19. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że ze środkami sterującymi (20) połączone jest urządzenie wejściowe (30) do wprowadzania z zewnątrz przynajmniej jednego parametru procesu zgrzewania.