DE4203190C1 - Regulation and quality assessing of welding esp. spot welding - has ultrasonic detecting probe attached to welding electrode to record noise emission level at weld location - Google Patents
Regulation and quality assessing of welding esp. spot welding - has ultrasonic detecting probe attached to welding electrode to record noise emission level at weld locationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schweißprozesses und zur Bewertung von Punktschweißverbindungen mit den Verfahrensschritten des Kontaktierens eines Schweißgutes mit Schweißelektroden, wobei an einer der Schweißelektroden eine ultraschalldetektierende Sonde befestigt ist, des Beaufschlagens der Schweißelektroden mit einem Schweißstrom für eine Schweißzeit, und des Erfassens des Schallemissionspegels der Schweißstelle, wobei die Schallemissionsenergie in einer Auswerteschaltung über die Schweißzeit ausgewertet wird.The invention relates to a method for controlling the welding process and for the evaluation of spot welds with the process steps the contacting of a weld metal with welding electrodes, wherein an ultrasound-detecting probe on one of the welding electrodes is attached to the welding electrodes with a Welding current for a welding time, and the detection of the sound emission level the welding point, the sound emission energy in one Evaluation circuit is evaluated over the welding time.
Ein solches Verfahren ist aus den DE-Z VDI-Berichte Nr. 408 (1981), bekannt, bei dem die Schallemissionsenergie nach dem Schweißprozeß beim Abkühlen der jeweiligen Schweißstelle gemessen wird und daraus die Güte der Schweißstelle abgeschätzt wird. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß mit ihm nur die jeweilig bearbeitete Schweißstelle im Nachhinein beurteilt werden kann. Eine Regelung eines oder mehrerer Schweißparameter bei der Erstellung jeder einzelnen Schweißstelle ist nicht möglich, weil die Beurteilung eines jeden Schweißpunktes problematisch ist. Nur die Gesamtheit der Schweißung und damit z. B. die über eine längere Zeitdauer sich hinziehende Qualitätsabnahme des Schweißwerkzeuges kann erfaßt und beurteilt werden.Such a method is known from DE-Z VDI reports No. 408 (1981), known in which the sound emission energy after the welding process is measured when the respective welding point cools and from this the Quality of the weld is estimated. However, this procedure points out the disadvantage that with him only the respective welded spot in Can be assessed afterwards. A regulation of one or more Welding parameters when creating each individual weld is not possible because the assessment of each welding point is problematic is. Only the entirety of the weld and thus z. B. the one prolonged decrease in the quality of the welding tool can be recorded and assessed.
Aus Materials Evaluation, Vol. 42, S. 1652-1653 (1984), ist ein ähnliches Punktschweißverfahren bekannt, bei dem das Auftreten von Schweißspritzern durch Beobachten der momentanen Schallamplituden verfolgt wird. Weiter wird der Schweißstrom nach einer vorgegebenen maximalen Halbwellenzahl abgestellt oder vorher, wenn eine vorgegebene Anzahl von Schallemissionssignalen, z. B. in der Größenordnung von einigen 1000, detektiert worden sind. Damit ist eine Regelung der Schweißgüte lediglich in dem Maße möglich, daß der Qualitätsverlust, der durch eventuell entstehende Spritzer auftritt, durch eine längere Schweißzeit ausgeglichen wird.From Materials Evaluation, Vol. 42, pp. 1652-1653 (1984) is a similar one Spot welding process known in which the appearance of welding spatter followed by observing the current sound amplitudes becomes. The welding current continues according to a predetermined maximum Half-wave number switched off or before, if a predetermined number of Sound emission signals, e.g. B. on the order of a few thousand, have been detected. This is only a regulation of the welding quality possible to the extent that the loss of quality that may result from spatter occurs, compensated by a longer welding time becomes.
Ein weiteres Verfahren ist aus der DE-Z Werkstofftechnik, Vol. 17, S. 264-269 (1986) bekannt und betrachtet die Impulssumme (Anzahl der Schallimpulse) und die Energie der Schallemission während des Schweißens. Dabei wird die Qualität von Punktschweißverbindungen beurteilt, indem die Energiesumme der SE-Signale hoher Amplitude während des Aufheizens beim Schweißvorgang unter Ausblendung der Störgeräusche bei der Ummagnetisierung im Bereich der Stromnulldurchgänge und die Impulssumme beim Abkühlen nach Beendigung der Schweißung oberhalb einer Diskriminatorschwelle betrachtet wird. Beim Auftreten einer vorher festgelegten Anzahl von Störgeräuschen in Gestalt von Überschwingungen der SE-Signale, die auf Spritzer hindeuten, wird die Zufuhr des Schweißstroms unterbrochen. Eine Schweißregelung zur Verbesserung des Schweißergebnisses wird bei diesem Verfahren so durchgeführt, daß eine minimale SE-Energiesumme vorgegeben wird, wobei bei einem Überschreiten dieser Summe die Stromzufuhr für das Schweißgerät abgestellt wird.Another method is from DE-Z Werkstofftechnik, Vol. 17, pp. 264-269 (1986) known and considered the sum of impulses (number of sound impulses) and the energy of sound emission during welding. The quality of spot welds is assessed by the energy sum of the high-amplitude SE signals during heating during the welding process while suppressing the noise the magnetic reversal in the area of the current zero crossings and the Sum of impulses when cooling down after completion of the weld a discriminator threshold is considered. When a previously occurred specified number of noises in the form of overshoots of the SE signals, which indicate spatter, is the supply of welding current interrupted. A welding regulation to improve the welding result is carried out in this process so that a minimal SE energy sum is specified, if this is exceeded Total the power supply for the welding machine is turned off.
Aus der EP 1 78 565 A1 ist ein Verfahren mit einer automatischen akustischen Prüfung eines Bondvorganges bekannt, bei dem bei einer Abweichung der Schallwerte von vorgegebenen Richtwerten während des Verbindungsvorganges eine Regelung von Maschinenparametern durchgeführt werden soll.EP 1 78 565 A1 describes a method with an automatic acoustic Checking a bonding process known in the event of a deviation the sound values of predetermined guide values during the connection process regulation of machine parameters shall be.
Aus der DE 37 11 771 C2 ist ein weiteres Regelverfahren von Schweißstellen in Realzeit bekannt, bei dem über Messungen der elektrischen Elektrodenparameter das Schweißergebnis günstig beeinflußt wird.DE 37 11 771 C2 describes a further control method for welding points known in real time, in which over measurements of the electrical Electrode parameters the welding result is influenced favorably.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es gestattet, während einer jeden Punktschweißung die Qualität derselben während des Schweißvorganges selbst und den zu erwartenden Linsendurchmesser zu ermitteln. Weiterhin ist es ein Ziel dieser Erfindung die Schweißdauer und den einzusetzenden Energieverbrauch bei jeder Schweißung zu minimieren.Based on this prior art, the object of the invention is based on specifying a method of the type mentioned at the beginning that it allowed the quality of the same during each spot weld during the welding process itself and the expected lens diameter to determine. It is a further object of this invention Welding time and the energy consumption to be used for each weld to minimize.
Dieses Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die maximale Schallemissionsenergie E1i für jeweils ein erstes Zeitfenster "1" in jeder Stromhalbwelle "i" gebildet wird, welches nach dem Phasenanschnitt mit dem stromführenden Abschnitt beginnt und zwischen 0,5 und 2 Millisekunden breit ist, daß aus einem oder mehreren der ersten N maximalen Schallemissionsenergien E1i des ersten Zeitfensters mit 2 N N₀ ein Ultraschallemissionswert der ersten Zeitfenster gebildet wird, der proportional zur Schweißstromdichte ist, wobei N₀ die halbe Anzahl der zur Schweißung benutzten Stromhalbwellen, ist, und daß in der Auswerteschaltung aus der so ermittelten Schweißstromdichte der sich bei der laufenden Schweißung ergebende Linsendurchmesser ermittelt wird.This object is achieved according to the invention for a method of the type mentioned at the outset in that the maximum sound emission energy E 1i is formed for a first time window "1" in each current half-wave "i", which begins after the phase gating with the current-carrying section and between 0, 5 and 2 milliseconds wide is that one or more of the first N maximum sound emission energies E 1i of the first time window with 2 N N₀ an ultrasound emission value of the first time window is formed, which is proportional to the welding current density, where N₀ half the number of current half-waves used for welding , is, and that in the evaluation circuit from the welding current density thus determined, the lens diameter resulting from the ongoing welding is determined.
Dadurch, daß bei der laufenden Schweißung die anfängliche Schallemission in aufeinanderfolgenden Stromhalbwellen aufgenommen wird, kann durch den proportionalen Zusammenhang der anfänglichen Schallemission mit der Schweißstromdichte jeweils der sich ergebende Linsendurchmesser und damit die Qualität der Schweißstelle noch während ihrer Entstehung selbst ermittelt werden.Because the initial noise emission during the welding process can be recorded in successive current half-waves the proportional relationship of the initial sound emission with the welding current density in each case the resulting lens diameter and thus the quality of the welding point even while it is being created be determined.
Wenn aus den ersten N Schallpegeln E1i des ersten Zeitfensters mit 2 N N₀ ein Mittelwert E1m und ein Maximalwert E1max der Ultraschallemission der ersten Zeitfenster gebildet wird, aus dem sich dann die mittlere und maximale Schweißstromdichte ergibt, kann die Vorhersage des wahrscheinlichen Linsendurchmessers verbessert werden. If an average value E 1m and a maximum value E 1max of the ultrasound emission of the first time window are formed from the first N sound levels E 1i of the first time window with 2 N N₀, from which the mean and maximum welding current density then results, the prediction of the probable lens diameter can be improved will.
Wenn aus den ersten n Schallpegeln E₁₁ des ersten Zeitfensters mit 2 < n < N₀ das Maximum E1max ermittelt wird und das auf dieses Maximum bis zum Ende der Schweißzeit folgende Minimum E1min ermittelt wird, kann aus dem Verhältnis von E1min/E1max der Grad der Aufschmelzung ermittelt werden und daraus ein Wert für den Durchmesser der Schweißlinse.If the maximum E 1max is determined from the first n sound levels E₁₁ of the first time window with 2 <n <N₀ and the minimum E 1min that follows this maximum until the end of the welding time is determined from the ratio of E 1min / E 1max Degree of melting can be determined and from this a value for the diameter of the welding lens.
Dadurch, daß ein zweites Zeitfenster für jede speisende Halbwelle des Schweißstroms vorgesehen ist, welches jeweils vom Ende des ersten Zeitfensters bis zum Beginn des nächsten ersten Zeitfensters andauert, daß jeweils das Schallintegral E2i für jeweils ein zweites Zeitfenster "2" in jeder Stromhalbwelle "i" gebildet wird, daß jeweils ein Maximalwert E2max aus den bisher ermittelten Schallintegralen E2i des zweiten Zeitfensters gebildet wird, daß aus diesem Maximalwert E2max durch Division mit Hilfe eines Skalierfaktors ein Schwellwert E2Schwell gebildet wird, bei dessen Unterschreiten in einem der folgenden zweiten Zeitfenster in der Auswerteschaltung ausgehend von dem damit ermittelten Aufschmelzzeitpunkt ts die Schweißstromdichte errechnet wird, und daß aus der so ermittelten Schweißstromdichte der sich bei der laufenden Schweißung ergebende Linsendurchmesser ermittelt wird, ist es im Bezug auf die Ermittlung des Linsendurchmessers mit den ersten Zeitfenstern nun auf unabhängige Weise möglich, diesen Wert mit den zweiten Zeitfenstern zu ermitteln.The fact that a second time window is provided for each feeding half-wave of the welding current, which lasts from the end of the first time window to the beginning of the next first time window, that the sound integral E 2i for a second time window "2" in each current half-wave "i "is formed in each case that a maximum value E 2max is formed from the sound integrals E 2i of the second time window determined so far, that from this maximum value E 2max a threshold value E 2 threshold is formed by division with the aid of a scaling factor , when it falls below this in one of the following second Time window in the evaluation circuit, starting from the melting point t s determined therewith, the welding current density is calculated, and that from the welding current density determined in this way the lens diameter resulting from the ongoing welding is determined, it is now a with respect to the determination of the lens diameter with the first time windows Independently possible to determine this value with the second time window.
Wenn dann in der Auswerteschaltung die mit Hilfe des ersten und mit Hilfe des zweiten Zeitfensters errechneten drei Linsendurchmesser verglichen werden, kann bei einer in einem vorbestimmten Rahmen liegenden Abweichung der Werte voneinander die betreffende Schweißstelle ausgehend vom Mittelwert der drei Linsendurchmesserwerte bewertet werden und kann andernfalls die Schweißstelle als nicht bewertbar mit einer Angabe des minimalen der ermittelten theoretischen Linsendurchmesser ausgewiesen werden.If then in the evaluation circuit using the first and with the help of the second time window three lens diameters can be compared with a lying in a predetermined frame Deviation of the values from each other the relevant Welding point based on the average of the three lens diameter values can be assessed and otherwise the weld is not assessable with an indication the minimum of the theoretical lens diameter determined to be expelled.
Die Ultraschallemission bei der ατ,τβ-Umwandlung des Eisens ist kohlenstoffabhängig. Bei geringen Kohlenstoffgehalten im Eisen tritt eine hohe Schallemission auf. Bei hohen Kohlenstoffgehalten C < 0,05 Prozent tritt dagegen fast keine Schallemission auf. Die Schallemission der ατ,τβ-Umwandlung wird in den zweiten Zeitfenstern F2i erfaßt. Vorteilhaft ist, daß in den Fenstern F2i nicht der Beitrag der Schallemission, sondern der Zeitbereich der maximalen Emission bewertet wird. Damit ist die Bewertung vom Kohlenstoffgehalt des Eisens unabhängig.The ultrasound emission during the ατ, τβ conversion of the iron is carbon-dependent. When the carbon content in iron is low, high noise emissions occur. With high carbon contents C <0.05 percent, on the other hand, there is almost no sound emission. The sound emission of the ατ, τβ conversion is recorded in the second time window F 2i . It is advantageous that not the contribution of the sound emission but the time range of the maximum emission is assessed in the windows F 2i . The evaluation is therefore independent of the carbon content of the iron.
Ist die Schallemission in den Fenstern F2i gering und zeigt kein ausgeprägtes Maximum, z. B. bei hohen Kohlenstoffgehalten, dann wird die Schweißlinsenbewertung nur mit der Schallemission aus den ersten Zeitfenstern F1i durchgeführt, die vom Kohlenstoffgehalt weitgehend unabhängig ist. Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn der Mittelwert der maximalen Schallemission Esm3 in den Zeitfenstern F2i nicht mindestens um einen vorgegebenen Faktor, z. B. 2, größer ist als er Mittelwert der minimalen Emission E2m2.Is the sound emission in the windows F 2i low and shows no pronounced maximum, e.g. B. at high carbon contents , the welding lens evaluation is carried out only with the sound emission from the first time window F 1i , which is largely independent of the carbon content. This can happen, for example, if the mean value of the maximum sound emission E sm3 in the time windows F 2i is not at least by a predetermined factor, e.g. B. 2, is greater than the mean value of the minimum emission E 2m2 .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei sowohl bei Blechen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt als auch bei Blechen mit hohem Kohlenstoffgehalt gleichermaßen gut einsetzbar, obwohl bei letzteren nur eine um einen Faktor 10 geringere Schallemission zu beobachten ist, die die Anwendbarkeit der bekannten Verfahren erschwert oder verhindert. The method according to the invention is both Low carbon sheets as well Sheets with a high carbon content are equally good can be used, although in the latter only one by one Factor 10 lower noise emissions can be observed, which complicates the applicability of the known methods or prevented.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Nachfolgend werden beispielhaft Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments are given below the invention with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1a ein Strom-Zeit-Diagramm über mehrere Halbwellen eines die gewünschte Schweißstelle speisenden Schweißstromes bei einer qualitativ guten Schweißung, Fig. 1a, a current-time diagram over several half-waves of the desired weld feeding welding current at a good-quality weld,
Fig. 1b ein Schallemissions-Zeit-Diagramm über dieselben Halbwellen des Schweißstromes nach Fig. 1a im selben Maßstab, FIG. 1b a sound emission time diagram over the same half-waves of the welding current shown in FIG. 1a on the same scale,
Fig. 2a ein Strom-Zeit-Diagramm über mehrere Halbwellen eines die gewünschte Schweißstelle speisenden Schweißstromes bei einer qualitativ schlechteren Schweißung, Fig. 2a shows a current-time diagram over several half-waves of the desired weld feeding welding current at a lower quality weld,
Fig. 2b ein Schallemissions-Zeit-Diagramm über dieselben Halbwellen des Schweißstromes nach Fig. 2a im selben Maßstab, Fig. 2b is a sound emission time diagram over the same half-waves of the welding current shown in Fig. 2a on the same scale,
Fig. 3 ein Diagramm des Integrals der Schallemission gegen die Zeit für eine qualitativ gute Schweißstelle, Fig. 3 is a graph of the integral of the sound emission versus time for a good quality weld,
Fig. 4 ein Diagramm des Integrals der Schallemission gegen die Zeit für eine qualitativ schlechte Schweißstelle, und Fig. 4 is a diagram of the integral of the sound emission against time for a poor quality weld, and
Fig. 5 ein Diagramm des erhaltenen Linsendurchmessers einer Schweißstelle gegen den ermittelten Aufschmelzpunkt. Fig. 5 is a diagram of the obtained lens diameter of a weld against the determined fusing point.
Die Fig. 1a zeigt in schematischer Darstellung ein Strom-Zeit-Diagramm über mehrere gleichgerichtete Halbwellen eines Schweißstromes, mit dem eine gewünschte Schweißstelle aufgeheizt wird.The Fig. 1a shows a schematic representation of a current-time diagram for several rectified half-cycles of a welding current, with which a desired weld is heated.
Die beiden zu schweißenden Bleche sind in der gewünschten Lage übereinandergelegt. Bei den in den Zeichnungen dargestellten Blechen handelt es sich um Bleche mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,01 Prozent.The two sheets to be welded are in the desired one Layered on top of each other. In the case of the drawings The sheets shown are sheets with a carbon content of 0.01 percent.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei sowohl bei Blechen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt als auch bei Blechen mit hohem Kohlenstoffgehalt gleichermaßen gut einsetzbar, obwohl bei letzteren nur eine geringe Schallemission zu beobachten ist.The method according to the invention is both Low carbon sheets as well Sheets with a high carbon content are equally good can be used, although only a small one for the latter Noise emission can be observed.
Auf die Bleche sind die Schweißelektroden aufgesetzt. An eine der Schweißelektroden ist eine Schallemissionssonde, kurz SE-Sonde genannt, befestigt, die z. B. mit einem breitbandigen piezoelektrischen Sensor realisiert werden kann. Beim schnellen Erhitzen des Schweißgutes während des Punktschweißens werden verschiedene Schallemissionsquellen wirksam. Die wesentlichen Quellen sind dabei schnelle Volumenänderungen im Schweißgut infolge der Phasenumwandlungen und infolge der thermischen Kornausdehnungen des Schweißgutes (thermoelastische Wechselwirkung).The welding electrodes are placed on the sheets. A sound emission probe is attached to one of the welding electrodes, abbreviated SE probe, attached, the z. B. with realized a broadband piezoelectric sensor can be. When the weld metal is heated quickly During spot welding, there are various sources of acoustic emissions effective. The main sources are thereby rapid volume changes in the weld metal as a result of phase changes and due to thermal Grain expansion of the weld metal (thermoelastic Interaction).
Das Ausgangssignal der Sonde beaufschlagt einen Verstärker und einen Hochpaß, mit dem alle detektierten Signale unter einer Grenzfrequenz von z. B. 20 bis 200 kHz herausgefiltert werden. Das dann z. B. um 30-50 dB verstärkte Schallsignal beaufschlagt eine Auswerteeinrichtung, die ebenfalls mit dem Signal über die Stärke des Schweißstromes beaufschlagt wird. Zum Erhalt der Energieinformation wird das Amplitudensignal des Schalls quadriert.The output signal of the probe acts on an amplifier and a high pass with which everyone detected Signals below a cut-off frequency of e.g. B. 20 to 200 kHz be filtered out. That then z. B. by 30-50 dB amplified sound signal acts on an evaluation device, which also with the signal about the strength of the welding current is applied. To get the Energy information is the amplitude signal of the Sound squared.
In einer anderen Ausgestaltung einer Vorrichtung könnte die SE-Sonde auch an einem der zu verschweißenden Bleche befestigt sein. Jedoch schafft diese im Labor mögliche Anordnung Probleme beim industriellen Taktbetrieb mit aufeinanderfolgend zu schweißenden Werkteilen.In another embodiment of a device the SE probe also on one of the parts to be welded Sheets are attached. However, this creates in the laboratory possible arrangement problems in industrial cycle operation with workpieces to be welded successively.
In der Fig. 1a ist nun das in der Auswerteeinrichtung vorliegende Signal des Quadrates des Schweißstromes 1 gegen die Zeit 2 aufgetragen. Dabei ist die Stromstärke in willkürlichen Einheiten markiert. Die Zeit zwischen zwei vertikalen Markierungen 3 beträgt im gewählten Ausführungsbeispiel immer 10 Millisekunden für einen die Schweißvorrichtung speisenden 50-Hz-Wechselstrom. Der Schweißstrom 4 weist in jeder Halbwelle einen Anschnitt von 3 Millisekunden bzw. 54° auf. Die Fig. 1a zeigt in der Zeitachse die Hälfte einer Schweißung, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 200 Millisekunden oder 20 Halbwellen dauert. Die nicht dargestellten, letzten 10 Halbwellen sind nicht von verfahrenserheblichen Schallemissionen begleitet.The signal of the square of the welding current 1 present in the evaluation device is now plotted against time 2 in FIG. 1a. The current strength is marked in arbitrary units. In the selected exemplary embodiment, the time between two vertical markings 3 is always 10 milliseconds for a 50 Hz alternating current feeding the welding device. The welding current 4 has a cut of 3 milliseconds or 54 ° in each half-wave. FIG. 1a shows half of a weld in the time axis, which in the present exemplary embodiment lasts 200 milliseconds or 20 half-waves. The last 10 half-waves, not shown, are not accompanied by sound emissions relevant to the process.
Die in jeder Halbwelle in der Auswerteschaltung eintreffenden Signale werden in mehreren, mindestens drei Zeitfenstern 5, 7 und 8 (mit zugehörigen Schallenergien Eai, a = Index der Zeitfenster, i = Index der Stromhalbwellen, hier bei 10 Stromperioden von i = 1 bis 20) aufgenommen, die jeweils einen charakteristischen Abschnitt jeder Halbwelle beinhalten. Hierbei können innerhalb der Zeitfenster 5, 7 und 8 an vorbestimmten Zeitabschnitten weitere zeitliche Filter vorgesehen sein, um störende Schall-Anteile herauszufiltern, die z. B. durch das Brechen von Karbiden bei Eisenblechen mit hohem Kohlenstoff-Gehalt auftreten können. Gleichzeitig kann dabei, hier vorteilhafterwese jeweils im zweiten Zeitfenster 8, eine mögliche Spritzerbildung erkannt werden, die sich durch extreme SE-Signale (E2i) bemerkbar macht.The signals arriving in the evaluation circuit in each half-wave are recorded in several, at least three time windows 5, 7 and 8 (with associated sound energies E ai , a = index of the time window, i = index of the current half-wave, here with 10 current periods from i = 1 to 20 ) which each contain a characteristic section of each half wave. Here, further time filters can be provided within the time windows 5, 7 and 8 at predetermined time intervals in order to filter out disruptive sound components which, for. B. can occur by breaking carbides in iron sheets with high carbon content. At the same time, a possible formation of splashes, which is noticeable by extreme SE signals (E 2i ), can be recognized, here advantageously in each case in the second time window 8 .
Jede Stromhalbwelle beginnt mit einem Anschnitt von 54°, d. h. nach 3 Millisekunden nach jedem Nulldurchgang und ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in jeweils zwei Zeitfenster (mit den ermittelten Energien E1i und E2i) unterteilt. Ein erstes Zeitfenster 7 beginnt jeweils beim Anschnittzeitpunkt der Halbwelle, d. h. mit Beginn des Stromflusses und dem jeweiligen Aufheizen des Schweißmaterials. Dieser Zeitpunkt wird über ein Triggersignal vom Schweißgerät der Auswerteeinrichtung zur Verfügung gestellt. Es hat eine Zeitbreite von 0,5 bis 5 Millisekunden, vorteilhafterweise von 1 bis 2 Millisekunden. In dieser Anfangszeit jeder Stromhalbwelle ist die sich durch das Aufheizen ergebende Schallemission und damit die Energie E1i im wesentlichen proportional zur Stromdichte. Aus der Stromdichte ist mittels einer in der Auswerteschaltung niedergelegten vorbestimmten Tabelle der jeweils zu erwartenden Schweißlinsendurchmesser niedergelegt. Diese sind bei jedem Schweißgerät durch einzelne Eichversuche mit bestimmten Schweißströmen vorher ermittelt worden.Each current half-wave begins with a cut of 54 °, ie after 3 milliseconds after each zero crossing and is divided into two time windows (with the determined energies E 1i and E 2i ) in the exemplary embodiment described . A first time window 7 begins at the time of the start of the half-wave, ie at the beginning of the current flow and the heating of the welding material. This point in time is made available to the evaluation device via a trigger signal from the welding device. It has a time width of 0.5 to 5 milliseconds, advantageously 1 to 2 milliseconds. In this initial time of each current half-wave, the sound emission resulting from the heating and thus the energy E 1i is essentially proportional to the current density. The welding lens diameter to be expected in each case is determined from the current density by means of a predetermined table stored in the evaluation circuit. For each welding machine, these have been determined beforehand by individual calibration tests with certain welding currents.
Die Ultraschallemission in den ersten Zeitfenstern 7 ist im wesentlichen nicht durch Phasenumwandlungen beeinflußt. Liegt jedoch das jeweiligen Maximum der Ultraschallemission E1i in einem bestimmten solchen Zeitfenster 7 am Anfangs- oder Endpunkt des Fensters, dann wird dieser Wert von der Auswerteschaltung als durch Phasenumwandlungen beeinflußter Wert erkannt und nicht verwertet. The ultrasound emission in the first time windows 7 is essentially not influenced by phase changes. However, if the respective maximum of the ultrasound emission E 1i lies in a certain such time window 7 at the start or end point of the window, then this value is recognized by the evaluation circuit as a value influenced by phase conversions and is not used.
Somit ist durch die Auswertung jedes Ultraschallsignals des anfänglichen stromfließenden Abschnittes jeder Stromhalbwelle ein Mittelwert E1m und ein maximaler Wert E1max für die Schallemission und damit für die Schweißstromdichte ermittelbar, aus dem sich die spätere Linsengröße noch während des Schweißvorganges ermitteln läßt.Thus, by evaluating each ultrasonic signal of the initial current-flowing section of each current half-wave, an average value E 1m and a maximum value E 1max for the sound emission and thus for the welding current density can be determined, from which the subsequent lens size can still be determined during the welding process.
Dabei wird aus einem oder mehreren der ersten N maximalen Schallemissionsenergien E1i des ersten Zeitfensters mit 2 N N₀ der Ultraschallemissionswert der ersten Zeitfenster gebildet, der proportional zur Schweißstromdichte ist. Die maximale Anzahl N₀ von Zeitfenstern entspricht dabei vorzugsweise der halben Anzahl der zur Schweißung benutzten Stromhalbwellen ist, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden 20 Stromhalbwellen benutzt, so daß sich N₀ = 10 ergibt.The ultrasound emission value of the first time window, which is proportional to the welding current density , is formed from one or more of the first N maximum sound emission energies E 1i of the first time window with 2 N N₀. The maximum number N₀ of time windows preferably corresponds to half the number of current half-waves used for welding, ie 20 current half-waves are used in the present exemplary embodiment, so that N₀ = 10 results.
Damit ist es insbesondere möglich, den Schweißvorgang bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel schon z. B. nach 11 oder 12 Stromhalbwellen zu beenden, da dann die Schweißlinse schon ungefähr 80 Prozent ihrer vorherberechneten Größe aufweist, falls dieser sich dann ergebende Durchmesser größer als der in der Qualitätskontrolle geforderte Minimaldurchmesser ist. Aus dem Verhältnis E1min/E1max läßt sich ein Wert für das aufgeschmolzene Linsenvolumen und den Linsendurchmesser berechnen.This makes it possible, in particular, to already start the welding process in the described embodiment, e.g. B. after 11 or 12 current half-waves, since then the welding lens already has about 80 percent of its previously calculated size, if this resulting diameter is larger than the minimum diameter required in quality control. A value for the melted lens volume and the lens diameter can be calculated from the ratio E 1min / E 1max .
In einer Weiterbildung des oben beschriebenen Verfahrens wird jeweils auch für jedes zweite Zeitfenster 8 die Schallenergie E2i aufintegriert. Dabei wird dann in der Auswerteschaltung gleichzeitig das absolute Maximum aller Schallenergiewerte E2max der Zeitfenster 8 ermittelt und durch einen vorbestimmten, einen relativen Schwellwert festlegenden numerischen Faktor geteilt und als E2Schwell gespeichert. Der numerische Faktor wird so vorgewählt, daß, wenn die sich ergebende errechnete Schallenergie E2Schwell in einem späteren zweiten Zeitfenster 8 unterschritten wird, die Phasenumwandlungen gerade abgeschlossen sind und der Aufschmelzzeitpunkt erreicht ist. Dies wird im Zusammenhang mit der Fig. 3 näher erläutert.In a development of the method described above, the sound energy E 2i is also integrated for every second time window 8 . The absolute maximum of all sound energy values E 2max of the time window 8 is then simultaneously determined in the evaluation circuit and divided by a predetermined numerical factor that defines a relative threshold value and stored as E 2 threshold . The numerical factor is preselected so that when the resulting calculated acoustic energy falls below E 2 threshold in a later second time window 8 , the phase conversions have just been completed and the melting point has been reached. This is explained in more detail in connection with FIG. 3.
Das dritte Zeitfenster 5 liegt jeweils in der stromlosen Zeit der angeschnittenen Stromhalbwelle. Damit werden in diesem Zeitabschnitt jeweils Schallsignale aufgenommen, die auf Phasenrückumwandlungen des vorher erhitzten Materials zurückgehen.The third time window 5 lies in the currentless time of the cut current half-wave. Sound signals are thus recorded in this time period, which are due to phase reverse conversions of the previously heated material.
Die Fig. 1b stellt ein Diagramm der Schallemission 6 gegen die Zeit 2 über dieselben Halbwellen 4 des Schweißstromes nach Fig. 1a im selben Maßstab dar. Die Schallemission beinhaltet die von der SE-Sonde detektierte Schall-Gesamtenergie ausgehend von einer unteren Grenzfrequenz, die bei 20 bis z. B. 150 kHz ausgewählt werden kann, um störende mechanische Schwingungen der Umgebung herauszufiltern. Die Energie ist in willkürlichen Einheiten aufgetragen, wobei in der Fig. 1b ein Skalierfaktor von 10⁶ verwendet worden ist. FIG. 1b is a plot of acoustic emission 6 from the time 2 on the same semi-shafts 4 of the welding current shown in FIG. 1a on the same scale. The sound emission involves detected by the SE probe supersonic total energy starting from a lower cut-off frequency at 20 to z. B. 150 kHz can be selected to filter out disturbing mechanical vibrations of the environment. The energy is plotted in arbitrary units, a scaling factor of 10⁶ being used in FIG. 1b.
Wie in der Fig. 1b zu erkennen ist, ergibt sich in der Zeit der ersten speisenden Halbwelle ein Schallemissionssignal 11, welches in er linearen Energiedarstellung klein gegen den dargestellten Maximalwert ist. Bei diesen Schallenergiewerten können jedoch auch Störungen auftreten, so daß in einer bevorzugten Ausgestaltung der Auswerteschaltung die Schallenergiewerte des zweiten Schallfensters 8 erst ab i = 2, d. h. ab der zweiten Halbwelle, verwendet werden. In der zweiten Halbwelle wird das vorerhitzte Blechmaterial weiter aufgeheizt, wobei sich eine Schallemission 12 in den Zeitfenstern 7 und 8 ergibt. In der dritten Halbwelle ergibt sich eine starke Schallemission 13 im Fenster 8, an die sich in der vierten Halbwelle eine geringere Schallemission 14 anschließt. Die Schallemission E₂₃ des Fensters 8 führt zur Bildung des Maximalwertes, der im folgenden mit den Schallemissionen E2i (i 4) verglichen wird. Bei einem Teilungsfaktor zur Ermittlung des E2Schwell von ungefähr sechs liegt die Schallemission E₂₄ bereits unter diesem Schwellwert, womit sich ein Aufschmelzzeitpunkt nach 35 Millisekunden ergibt. Die Phasenumwandlungen sind in diesem Falle in dem Zeitraum zwischen ungefähr 15 und 35 Millisekunden abgelaufen. Die verbleibende Schweißzeit von ungefähr 165 Millisekunden wird zum Aufbau der Schweißlinse ausgenützt, um weiteres Material zu verflüssigen und in die Schweißlinse aufzunehmen.As can be seen in FIG. 1b, a sound emission signal 11 results in the time of the first feeding half-wave, which in its linear energy representation is small compared to the maximum value shown. However, disturbances can also occur with these sound energy values, so that in a preferred embodiment of the evaluation circuit, the sound energy values of the second sound window 8 are only used from i = 2, ie from the second half-wave. In the second half-wave, the preheated sheet metal material is further heated, resulting in a sound emission 12 in the time windows 7 and 8 . In the third half-wave there is a strong sound emission 13 in the window 8 , which is followed by a lower sound emission 14 in the fourth half-wave. The sound emission E₂₃ of the window 8 leads to the formation of the maximum value, which is compared below with the sound emissions E 2i (i 4). With a division factor for determining the E 2 threshold of approximately six, the sound emission E 2 liegt is already below this threshold value, which results in a melting point after 35 milliseconds. In this case, the phase transformations took place in the period between approximately 15 and 35 milliseconds. The remaining welding time of approximately 165 milliseconds is used to build up the welding lens in order to liquefy further material and to take it into the welding lens.
In der Fig. 2a ist das in der Auswerteeinrichtung vorliegende Signal des Quadrates des Schweißstromes 1 gegen die Zeit 2 für eine zweite, qualitativ schlechtere Schweißung aufgetragen. Dabei ist die Stromstärke wiederum in willkürlichen Einheiten markiert, wobei aber derselbe Skalierfaktor wie in der Fig. 1a verwendet worden ist. Es ist somit zu erkennen, daß ein um die Hälfte kleinerer Strom diese zweite Schweißstelle beaufschlagt hat. Weiterhin ist zu erkennen, daß der Anschnitt größer ist und bei der hier beschriebenen Schweißstelle 72° oder 4 Millisekunden beträgt, so daß ingesamt je Halbwelle eine bedeutend kleinere Energie in die Schweißstelle geleitet wird.In Fig. 2a the present in the signal evaluation device of the square of the welding current 1 is plotted against time for a 2 second, lower quality weld. The current strength is again marked in arbitrary units, but the same scaling factor as in FIG. 1a was used. It can thus be seen that a current that is half as small has acted on this second welding point. Furthermore, it can be seen that the gate is larger and is 72 ° or 4 milliseconds for the welding point described here, so that a total of significantly less energy is conducted into the welding point per half-wave.
Die Fig. 2b stellt ein Diagramm der Schallemission 6 gegen die Zeit 2 über dieselben Halbwellen 4 des Schweißstromes nach Fig. 2a im selben Zeit-Maßstab dar. Die Energie ist in willkürlichen Einheiten aufgetragen, wobei in der Fig. 2b ein Skalierfaktor von 10³ verwendet worden ist. Die maximale Schallenergie, die in der vierten Halbwelle auftritt, ist so mit knapp 200 · 10³ Einheiten um einen Faktor sieben kleiner als die maximal auftretende Schallenergie in Fig. 1b. FIG. 2b shows a diagram of the sound emission 6 versus time 2 over the same half-waves 4 of the welding current according to FIG. 2a on the same time scale. The energy is plotted in arbitrary units, with a scaling factor of 10 3 used in FIG. 2b has been. The maximum sound energy that occurs in the fourth half-wave is thus, at just under 200 · 10³ units, a factor of seven smaller than the maximum sound energy that occurs in FIG. 1b.
Die Fig. 2b zeigt deutlich, daß durch die Beaufschlagung der Schweißstelle durch einen schwächeren Strom mit größerem Phasenanschnittswinkel die Phasenumwandlungen eine längere Zeitspanne in Anspruch nehmen. Sie beginnen erst nach ungefähr 25 Millisekunden und enden hier nach ungefähr 60 Millisekunden. FIG. 2b clearly shows that by applying a weaker current with a larger phase angle to the welding point, the phase conversions take a longer period of time. They only start after about 25 milliseconds and end here after about 60 milliseconds.
In den ersten Zeitfenstern, deren maximale Anzahl vorteilhafterweise kleiner als die besagte Anzahl N₀ ist, wird wiederum die Schallemission ausgewertet und daraus die Stromdichte ermittelt. Aus dieser ergibt sich dann der zu erwartende Schweißlinsendurchmesser. Am Ende der Schweißung läßt sich aus dem Verhältnis von E1min/E1max zusätzlich ein Wert für den Linsendurchmesser ermitteln. Dieser ist hier kleiner als in der Schweißung nach Fig. 1, denn die nach Beendigung der Phasenumwandlungen verbleibende Zeit bis zum Ende der Schweißung, d. h. bis zum Ablauf von hier 20 Halbwellen also 200 Millisekunden, beträgt lediglich 140 Millisekunden gegenüber 165 Millisekunden bei der in Fig. 1 dargestellten Schweißstelle, d. h. diese Zeit ist um gut 15 Prozent kleiner als bei der qualitativ guten Schweißstelle.In the first time window, the maximum number of which is advantageously smaller than the said number N₀, the sound emission is again evaluated and the current density is determined therefrom. The expected welding lens diameter then results from this. At the end of the weld, a value for the lens diameter can also be determined from the ratio of E 1min / E 1max . This is smaller here than in the welding according to FIG. 1, because the time remaining after the end of the phase transformations until the end of the welding, i.e. until the end of 20 half-waves here, i.e. 200 milliseconds, is only 140 milliseconds compared to 165 milliseconds in the case of FIG weld illustrated. 1 ie, this time is about 15 percent smaller than the good-quality weld.
Die Fig. 3 stellt ein Diagramm des Integrals 21 der Schallemissionsenergie 6 gegen die Zeit 2 für eine qualitativ gute Schweißstelle dar. Die dieses Integral 21 der Schallemission 6 kennzeichnende Kurve wird in der Folge als SE-Summe 22 bezeichnet. Es ergibt sich dabei bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel folgender zeitlicher Kurvenverlauf. FIG. 3 shows a diagram of the integral 21 of the sound emission energy 6 against the time 2 for a good quality weld. The curve characterizing this integral 21 of the sound emission 6 is referred to below as the SE sum 22 . In the exemplary embodiment under consideration, the following curve curve results.
Von einer SE-Summe 22 Null steigt das Integral in den ersten 15 Millisekunden langsam an (Kurvenabschnitt 23). Anschließend folgt ein steiler Anstieg 24, der sich anschließend wieder abflacht (Abschnitt 25). Die Steigung der Kurve durchläuft ein Minimum 26 und erhöht sich danach für den restlichen Teil der Kurve 27 leicht. Die Steigung der SE-Summe 22 wird kontinuierlich erfaßt und der Aufschmelzzeitpunkt ts zu dem Zeitpunkt 28 im erwähnten Minimum 26 ermittelt.From an SE sum 22 zero, the integral increases slowly in the first 15 milliseconds (curve section 23 ). This is followed by a steep rise 24 , which then flattens out again (section 25 ). The slope of the curve passes through a minimum 26 and then increases slightly for the remaining part of the curve 27 . The slope of the SE sum 22 is recorded continuously and the melting point t s at the point in time 28 is determined in the minimum 26 mentioned.
Der aus den Zeitfenstern F2i mit 2 < i < N₀ ermittelte Mittelwert der minimalen Schallemission E2m2 entspricht der Kurvensteigung in den Bereichen minimaler Emission 23, 26 und 36 in den Fig. 3 und 4. Der Mittelwert der maximalen Emission E2m3 entspricht der Kurvensteigung in den Bereichen maximaler Emission 24 und 31 in den Fig. 3 und 4. Durch die Bestimmung des größten Wertes "i", für den E2i < (E2m2+E2m3)/2 gilt, läßt sich das Ende der Phasenumwandlung und der Beginn der Aufschmelzung ts bestimmen.The mean value of the minimum sound emission E 2m2 determined from the time windows F 2i with 2 <i <N₀ corresponds to the curve slope in the areas of minimum emission 23, 26 and 36 in FIGS . 3 and 4. The mean value of the maximum emission E 2m3 corresponds to the curve slope in the areas of maximum emission 24 and 31 in FIGS. 3 and 4. By determining the largest value "i", for which E 2i <(E 2m2 + E 2m3 ) / 2 applies, the end of the phase transition and the Determine the start of melting t s .
Dabei kann zur Bestimmung des Zeitpunktes ts für das Ende der ατ,τβ-Umwandlung und den Beginn des Aufschmelzens auch in der Weise vorgegangen werden, daß für den Zeitbereich 2 < n < N₀ aus den Schallintegralen E2i zunächst der Mittelwert E2m1 ermittelt wird. Im Anschluß daran werden zwei weitere Mittelwerte E2m2 und E2m3 ermittelt, wobei für die Mittelwertbildung von E2m2 nur Werte E2i berücksichtigt werden, die kleiner als E2m1 sind, und für die Mittelwertbildung von E2m3 nur Werte E2i berücksichtigt werden, die größer als E2m1 sind. Aus den beiden neuen Mittelwerten E2m2 und E2m3 wird ein Schwellenwert gebildet, z. B. durch Bildung des Mittelwertes (E2m2 + E2m3)/2. Der Zeitpunkt ts für die Beendigung der ατ,τβ-Umwandlung ergibt sich jetzt aus dem Index "i" für den E2i letztmalig größer als (E2m2+E2m3)/2 ist.To determine the point in time t s for the end of the ατ, τβ conversion and the start of melting, the procedure can also be followed in such a way that the mean value E 2m1 is first determined from the sound integrals E 2i for the time range 2 <n <N₀ . Subsequently, two other average values E 2m2 and E are determined 2m3, whereby only values of E are taken into account 2i for the averaging of E 2m2 smaller than E 2m1 are and will be considered for the averaging of E 2m3 only values E 2i are larger than E 2m1 . A threshold value is formed from the two new mean values E 2m2 and E 2m3 , e.g. B. by forming the mean (E 2m2 + E 2m3 ) / 2. The time t s for the completion of the ατ, τβ conversion now results from the index "i" for which E 2i is for the last time greater than (E 2m2 + E 2m3 ) / 2.
Der Aufschmelzzeitpunkt ts läßt sich auch derart bestimmen, daß der zeitliche Schwerpunkt aller Schwellenüberschreitungen ermittelt wird: ts = ΣE2i *i/ΣE2i, wobei E2i < (E2m2+E2m3)/2 ist.The melting point t s can also be determined in such a way that the time focus of all threshold violations is determined: t s = ΣE 2i * i / ΣE 2i , where E 2i <(E 2m2 + E 2m3 ) / 2.
Beim Erreichen der Schmelztemperatur im Schweißgut hat das Linsenvolumen alle Phasenumwandlungen durchlaufen, zudem nimmt die SE der thermoelastischen Wechselwirkung ab diesem Zeitpunkt ab, da die Schweißlinsentemperatur bei der Schmelztemperatur des Eisen Ts = 1536°C einen Haltepunkt besitzt, und die thermischen Kornausdehnungen d1 wegen dT = 0 überWhen the melting temperature in the weld metal has been reached, the lens volume has undergone all phase changes, and the SE of the thermoelastic interaction decreases from this point in time, since the welding lens temperature has a breakpoint at the melting temperature of the iron T s = 1536 ° C, and the thermal grain expansion d1 due to dT = 0 over
d1 = α · 1 · dTd1 = α · 1 · dT
ebenfalls 0 ist, wobei mit α der thermische Ausdehnungskoeffizient bezeichnet ist.is also 0, with α being the coefficient of thermal expansion is designated.
Die Schallemission in den Fenstern F1i ist vor Erreichen des Schmelzpunktes proportional dem erwärmten Gesamtvolumen V und dem Temperaturgradienten dT des Schweißgutes. Nach Erreichen des Schmelzpunktes emittieren nur die Volumenbereiche Ultraschall, die noch nicht aufgeschmolzen sind (V-Vs). Das Verhältnis der minimalen SE am Ende des Schweißvorganges zur maximalen SE am Anfang des Schweißvorganges E1min/E1max entspricht dem Verhältnis von (V-Vs)/V, also:The sound emission in the windows F 1i is proportional to the heated total volume V and the temperature gradient dT of the weld metal before the melting point is reached. After the melting point is reached, only the volume areas that have not yet melted (VV s ) emit ultrasound. The ratio of the minimum SE at the end of the welding process to the maximum SE at the start of the welding process E 1min / E 1max corresponds to the ratio of (VV s ) / V, i.e .:
E1min/E1max = (V-Vs)/V = 1-0,6 · Fs/F,E 1min / E 1max = (VV s ) / V = 1-0.6F s / F,
wobei F die Elektrodenfläche und Fs die Querschnittsfläche der Schweißlinse bedeutet. Aus dieser Beziehung läßt sich z. B. der Schweißlinsendurchmesser am Ende der Schweißung berechnen.where F is the electrode area and F s is the cross-sectional area of the welding lens. From this relationship, z. B. calculate the welding lens diameter at the end of the weld.
Aus dem Aufschmelzzeitpunkt ts kann nachFrom the melting point t s can after
ebenfalls die Schweißstromdichte I²/F² bestimmt werden. Dabei sind F die Elektrodenfläche, I der Schweißstrom, t₀ die vom Phasenanschnittswinkel abhängige stromlose Phase, d die Blechdicke, R₀ der spezifische elektrische Widerstand der zu verschweißenden Bleche, Ts die Schmelztemperatur, cv die spezifische Wärme des Schweißmaterials, σ die Dichte des Schweißmaterials und k die Wärmedurchgangszahl.the welding current density I² / F² can also be determined. F is the electrode area, I the welding current, t₀ the currentless phase dependent on the leading edge angle, d the sheet thickness, R₀ the specific electrical resistance of the sheets to be welded, T s the melting temperature, c v the specific heat of the welding material, σ the density of the welding material and k is the heat transfer coefficient.
Der Vorteil dieser Schweißstromdichtebestimmung gegenüber einer Schweißstrommessung besteht insbesondere darin, daß die durch den Schweißpunkt fließende Stromdichte bestimmt wird und Leckströme durch Nebenschlüsse und Elektrodenflächenänderungen durch Abnutzung nicht stören. Bei vorbestimmter Schweißdauer t, d. h. im beschriebenen Ausführungsbeispiel 200 Millisekunden kann der Durchmesser D der Schweißlinse dann direkt durchThe advantage of this welding current density determination over a welding current measurement exists in particular in that the current density flowing through the weld spot is determined and leakage currents through shunts and electrode area changes due to wear and tear to disturb. At a predetermined welding time t, i.e. H. in the described embodiment 200 milliseconds the diameter D of the welding lens can then be directly by
ermittelt werden, wobei mit cs die spezifische Schmelzwärme bezeichnet ist.can be determined, c s being the specific heat of fusion.
Die Fig. 4 zeigt ein zu Fig. 3 analoges Diagramm des Integrals 21 der Schallemission 6 gegen die Zeit 2, jedoch für eine qualitativ schlechteren Schweißstelle. FIG. 4 shows a diagram, analogous to FIG. 3, of the integral 21 of the sound emission 6 against the time 2 , but for a poorer weld.
Auch hier gibt es einen langsamen Anstieg 23 der SE- Summe 22 zu Beginn der Schweißung und einen flachen SE-Summen-Anstieg im Endabschnitt 27.Here too there is a slow increase 23 in the SE sum 22 at the start of the weld and a flat SE sum increase in the end section 27 .
Jedoch liegt ein mittlerer Schweißbereich 31 über mehrere Halbwellen vor, in denen die SE-Summe 22 ansteigt, aber kein Minimum des Anstiegs der SE-Summe 22 unter einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht wird. Ein unter den vorgegebenen Schwellenwert fallendes Minimum 32 wird erst zu einer viel späteren Zeit 32 erreicht, womit die schlechte Qualität der Schweißstelle feststellbar ist, da eine längere Schweißzeit bis zum Erreichen der Schmelztemperatur eine kleinere Schweißlinse nach sich zieht, wie es aus dem experimentell ermittelten Zusammenhang nach Fig. 5 hervorgeht.However, there is an average welding area 31 over several half-waves in which the SE sum 22 rises, but no minimum increase in the SE sum 22 below a predetermined threshold value is achieved. A minimum 32 falling below the predefined threshold value is only reached at a much later time 32 , with which the poor quality of the welding point can be determined, since a longer welding time until the melting temperature is reached results in a smaller welding lens, as is evident from the experimentally determined connection . 5 seen in FIG.
Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm des erhaltenen Linsendurchmessers 41 gegen den Aufschmelzzeitpunkt 42. Dabei sind eine Reihe von ermittelten Meßpunkten 43 eingezeichnet, für die der jeweilige Linsendurchmesser 41 im nachhinein ausgemessen worden ist und zusammen mit dem bei der Schweißung ermittelten Aufschmelzzeitpunkt 42 eingetragen worden ist. Dabei ergibt sich experimentell der durch die Gerade 45 dargestellte im wesentlichen lineare Zusammenhang, für den zudem Geraden 46 im Abstand von zwei Standardabweichungen eingetragen sind. FIG. 5 shows a diagram of the lens diameter 41 obtained against the melting time 42 . A series of determined measuring points 43 are drawn in, for which the respective lens diameter 41 has been measured afterwards and has been entered together with the melting point 42 determined during the welding. This results experimentally in the essentially linear relationship represented by straight line 45 , for which straight lines 46 are also entered at intervals of two standard deviations.
Da bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel von einer Mindestgröße 47 von Schweißlinsen in der Größenordnung von 4 Millimetern ausgegangen wird, ergeben sich somit mit den dazugehörenden Fehlerbalken zwei Bereiche 48 und 49 in der Fig. 5, durch die sich zwei durch 47 getrennte Geradenabschnitte der Geraden 45 und 46 bilden. Schweißpunkte, für die ein Aufschmelzzeitpunkt ermittelt worden ist, der im Bereich 49 liegt, sind qualitativ gute Schweißstellen. Bei einem bei jeder Schweißstelle zeitgleich sofort ermittelbaren Aufschmelzzeitpunkt, der im Bereich 48 liegt, kann sofort das Bestehen einer schlechten Schweißstelle festgestellt werden.Since it is assumed in the embodiment under consideration of a minimum size 47 of welding spots is of the order of 4 millimeters, thereby resulting with the associated error bars two areas 48 and 49 in FIG. 5, by the two by 47 separate line segments of the line 45 and 46 form. Welding points for which a melting point in the region 49 has been determined are good quality welding points. At a melting point that is immediately determinable for each welding point and lies in the region 48 , the existence of a bad welding point can be determined immediately.
Da die SE-Summe im kontinuierlichen Betrieb ausgewertet wird, kann in der Fertigung die Qualität jeder einzelnen Schweißstelle festgestellt werden, wobei bei einer guten Schweißstelle zur Stromeinsparung, zur Qualitätssicherung und zur Vermeidung von Spritzern die Stromzufuhr bereits nach Ablauf von 12 bis 16 Halbwellen eingestellt werden kann. Schlechte Schweißpunkte werden im automatisierten Betrieb nochmals angefahren oder das entsprechende, eine bestimmte Anzahl von schlechten Schweißstellen aufweisende Werkstück wird aus dem Produktionszyklus herausgenommen.Because the SE total is evaluated in continuous operation the quality of each and every one of them Weld spot can be determined, with a good welding point for saving electricity, for quality assurance and power supply to avoid splashes after just 12 to 16 half-waves can be adjusted. Bad weld spots will be started again in automated operation or that corresponding, a certain number of bad Workpiece with welds is made from the Production cycle removed.
Beim Auftreten einer aufeinandernfolgenden Reihe von qualitativ guten Schweißstellen, deren Aufschmelzzeitpunkte jeweils im Geradenabschnitt im Bereich 49 angesiedelt sind, die auf eine gute Qualität der Schweißelektroden und der verwendeten Bleche schließen läßt, kann vorgesehen sein, die Stromzufuhr nach einer solchen Schweiß-Zeitdauer abzubrechen, nach der die Hälfte des bei den vorausgegangenen Schweißungen benötigten Stromes geflossen ist. Damit läßt sich eine weitere große Energieeinsparung realisieren. Dies ist möglich, da bei guten Schweißungen die Schweißlinse bereits nach der Hälfte der Schweißdauer (in Energieeinheiten) 80 bis 90 Prozent ihrer letztendlichen Größe aufweist.If a successive series of high-quality welding points occurs, the melting times of which are each located in the straight section in region 49 , which indicates the good quality of the welding electrodes and the metal sheets used, it can be provided that the power supply is cut off after such a welding period which has flowed half of the current required for the previous welds. This enables a further large energy saving to be achieved. This is possible because with good welds, the welding lens is 80 to 90 percent of its final size after half the welding time (in energy units).
Erreicht die Linsengröße aber die vorgegebene Mindestgröße nicht oder nur knapp, dann wird der Schweißstrom erhöht und bei Erreichen des maximalen Stromwertes die Schweißung abgebrochen und ein neues Schweißwerkzeug angefordert. However, the lens size reaches the specified minimum size not or only barely, then the welding current increases and when the maximum current value is reached the Weld stopped and a new welding tool requested.
Ein besonders vorteilhaftes und sicheres Verfahren kann dadurch erreicht werden, indem die durch die Stromdichtenabstimmung in den ersten Zeitfenstern 7 jeweils abgespeicherte berechnete Schweißlinsengröße mit der durch die Aufschmelzzeitpunktbestimmung mit Hilfe der zweiten Schweißfenster 8 berechnete Schweißlinsengröße gekoppelt wird. Dann werden bei laufender Schweißung die beiden vorberechneten Schweißlinsendurchmesser verglichen und ihre rechnerische Differenz festgestellt.A particularly advantageous and reliable method can be achieved in that the calculated welding lens size stored in each case by the current density adjustment in the first time windows 7 is coupled with the welding lens size calculated by the melting point determination with the aid of the second welding window 8 . Then the two pre-calculated welding lens diameters are compared while the welding is in progress and their calculated difference is determined.
Liegen beide Werte innerhalb eines vorgegebenen Fehler- Intervalls, so werden sie bewertet, ist die ermittelte Differenz dagegen größer, so wird diese Schweißstelle als nicht bewertbar gekennzeichnet und/oder der kleinere der beiden Werte des berechneten Schweißlinsendurchmessers mit der Bemerkung ausgegeben, daß dieser Wert fehlerbehaftet sein kann. Liegt die berechnete Differenz der Schweißlinsengröße innerhalb des vorgegebenen Rahmens, so wird der Mittelwert der beiden Linsendurchmesser bewertet. Somit ist durch diese Verbindung der beiden verschiedenen im Produktionsprozeß anwendbaren Ermittlungsverfahren unabhängig voneinander auf zwei verschiedenen Wegen ein theoretischer Linsendurchmesser angebbar, womit noch mitten im Produktionsschritt, z. B. nach der Hälfte, also z. B. 10 von 20, Stromhalbwellen, die Qualität der Schweißstelle vorausschauend bewertbar ist.If both values are within a specified error Intervals, as they are assessed, is the determined one The difference, however, is larger, so this weld becomes marked as not assessable and / or the smaller one of the two values of the calculated welding lens diameter issued with the remark that this value can be faulty. Is the calculated difference the welding lens size within the given Frame, so is the average of the two lens diameters rated. Thus through this connection the two different applicable in the production process Investigation proceedings independently on two different ways a theoretical lens diameter specifiable, with which still in the middle of the production step, e.g. B. after half, e.g. B. 10 out of 20, current half-waves, the quality of the weld can be assessed in advance is.
Unabhängig davon kann am Ende der Schweißung aus dem Verhältnis der minimalen und der maximalen Schallemission in den Zeitfenstern F1i aus dem Verhältnis E1min/E1max ein dritter Schweißlinsendurchmesser ermittelt werden. Independently of this, a third welding lens diameter can be determined at the end of the welding from the ratio of the minimum and the maximum sound emission in the time windows F 1i from the ratio E 1min / E 1max .
Natürlich sind in den ersten und zweiten Zeitfenstern an möglichen Stellen störender SE-Einflüsse zusätzliche, die Schallaufzeichnung dort unterdrückende Zeitfenster angeordnet. Dies ist insbesondere der Fall in den ersten z. B. 50 Mikrosekunden jedes Pulses, in den aufgrund der starken elektromagnetischen Feldstärkeänderungen bei Beaufschlagung des Schweißstückes mit den hohen Strömen Störimpulse auftreten.Of course, are in the first and second time slots at possible points of disruptive SE influences, the time window suppressing the sound recording there arranged. This is particularly the case in the first z. B. 50 microseconds of each pulse in the due to the strong electromagnetic field strength changes when the welding piece is loaded with the high currents interference pulses occur.
Damit besteht die Möglichkeit regelnd einzugreifen. Dies kann einerseits die bereits oben beschriebene frühere Beendigung der Schweißung sein, bei der Energie gespart und das Schweißwerkzeug geschont wird. Diese frühere Beendigung kann auch unabhängig von anderen zeitlich davor oder dahinter liegende Schweißungen für jede einzelne als gut vorhergesagte Schweißstelle vorgesehen sein. Andererseits kann die Auswerteschaltung bei sich abzeichnenden qualitativ schlechten Schweißungen ein Erhöhen der Stromstärke durch oder und ein Verkleinern des Anschnittwinkels bewirken.This gives you the opportunity to intervene regularly. On the one hand, this can be the one already described above earlier termination of the weld to be at energy saved and the welding tool is spared. These earlier termination may also be independent of others welds before or after for each one as a well predicted weld be provided. On the other hand, the evaluation circuit with looming bad quality Welds an increase in amperage by or and cause the gate angle to decrease.
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