DE10204495C1

DE10204495C1 - Prüfeinrichtung für Schweißstromquellen

Info

Publication number: DE10204495C1
Application number: DE2002104495
Authority: DE
Inventors: Armin Abel
Original assignee: TECHNISCHE FACHHOCHSCHULE WILDAU
Current assignee: ABEL, ARMIN, PROF., 15738 ZEUTHEN, DE
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: AU2003210209A1; WO2003066266A1

Abstract

Für eine definierte Gefügeausbildung und eine gewünschte Geometrie im Schweißnahtquerschnitt werden vor der Ausführung einer Schweißung die signifikanten Schweißparameter Schweißspannung (Us) und Schweißstrom (Is) ermittelt und entsprechend der jeweiligen Belastungskennlinie an der Schweißstromquelle eingestellt. Abweichungen von den eingestellten Parametern führen zu einem von der Vorausplanung abweichenden Schweißergebnis, was in der Regel unbemerkt bleibt, da das Schweißergebnis nur durch eine zerstörende Werkstoffprüfung zu überprüfen wäre und die Parametertreue der Schweißstromquellen bisher nicht überprüft wird. DOLLAR A Mit der vorliegenden Prüfeinrichtung kann die Parametertreue nunmehr überprüft werden. Die Prüfeinrichtung besteht aus einem Gehäuse (1), das mit einem Einlass (5) und einem Auslass (6) für die Zuführung eines Inertgases versehen ist, einer temperaturfesten Durchführung (3) für eine nicht abschmelzende Elektrode (2), die mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle verbindbar ist, sowie einer gegebenenfalls gegen das Gehäuse (1) isolierten Gegenelektrode (4), die mit dem zweiten Pol der Schweißstromquelle verbindbar ist, wobei der Abstand von nicht abschmelzender Elektrode (2) und Gegenelektrode (4) einstellbar und arretierbar und mittels einer Messeinrichtung (10) dieser Abstand oder andere den Lichtbogenwiderstand charakteristische Parameter ermittelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für Schweißstromquellen. Derartige Schweißstromquellen sind in der Industrie in verschiedenen Ausführungen im Einsatz, so als Schweißgleichrichter, primär oder sekundär getaktete Inverter und Umformer oder Transformatoren mit einstellbarem Übersetzungsverhältnis.

Für eine definierte Gefügeausbildung und eine gewünschte Geometrie im Schweißnahtquerschnitt werden vor der Ausführung einer Schweißung die signifikanten Schweißparameter Schweißspannung (Us) und Schweißstrom (Is) bzw. Einschaltdauer (ED) ermittelt und entsprechend der jeweiligen Belastungskennlinie an der Schweißstromquelle eingestellt.

Schweißstromquellen unterliegen jedoch der Alterung, dem Verschleiß sowie dem Auftreten von Fehlern aus anderen Gründen, so dass beim Schweißen Abweichungen von den eingestellten Parametern auftreten. Die Ursache für solche Fehler können unkontrolliert entstandene Übergangswiderstände, Wicklungsschlüsse usw. sein. Die Abweichungen von den eingestellten Parametern führen zu einem von der Vorausplanung abweichenden Schweißergebnis, was in der Regel unbemerkt bleibt. Nach US 6,288,364 ist zwar ein Verfahren bekannt, nach welchem der Schweißstrom oder die Schweißspannung während des Schweißens gemessen und mit gespeicherten Werten verglichen werden, die Lösung erfordert jedoch einen hohen Aufwand, wenn sie für jede Schweißstromquelle vorgesehen werden soll. Andernfalls ist das Schweißergebnis nur durch eine zerstörende Werkstoffprüfung zu qualifizieren.

Bei selbsttätigen Schweißstromquellen lassen sich geregelte Nachführungen verwenden, mit denen sich die gewünschten Schweißparameter hinreichend genau einhalten lassen. Mit der DE 199 51 717 A1 ist beispielsweise eine Schweißvorrichtung bekannt, bei der die Nachführung des Schweißkopfes geregelt wird, indem die Änderung der Lichtbogenstrahlung (Wärmestrahlung) gemessen wird. Gleichermaßen bekannt ist, dass die Ionisation oder die Lichtintensität Kenngrößen eines Lichtbogens sind, siehe DE 100 33 387 A1 und DE 37 08 959 C2. Abgesehen von dem erforderlichen Aufwand, der nicht für jede Schweißstromquelle getroffen werden kann, ist man bei anderen Schweißstromquellen auf die Einhaltung eingestellter Parameter angewiesen.

Geprüft werden bei einer Typprüfung der Schweißstromquellen Durchschlagfestigkeit, Einhaltung der Arbeitsschutz bedingungen und ähnliche Parameter. Die Prüfung wird durch dafür autorisierte Überwachungsorganisationen durchgeführt, wie beispielsweise die TÜV-Organisationen. Dabei wird auch das Schweißergebnis hinsichtlich der Gefügeausbildung im Nahtquerschnitt durch eine zerstörende Schweißnahtprüfung geprüft. Für Schweißstromquellen der gleichen Bauart werden im Produktionsprozess die Parametertreue und somit prüfungsgleiche Schweißergebnisse vorausgesetzt.

Durch die DE 195 37 402 A1 ist es auch bekannt, eine Prüfung und Qualifizierung von Schweißstromgeneratoren vorzunehmen, indem ein Prüfling nach einem vorgegebenen Muster belastet und die Verläufe von Strom und Spannung registriert werden. Als Belastung werden nicht näher definierte ohmsche Widerstände vorgesehen. Mit herkömmlichen ohmschen Widerständen, z. B. Drahtwiderständen, kann ein Schweißvorgang jedoch nur unzureichend nachgebildet werden. Außerdem wären große Widerstandsbatterien mit erheblichem Platzaufwand erforderlich.

Um abzusichern, dass die tatsächlich eintretenden Schweißparameter den vorausbestimmten in einem Toleranzbereich entsprechen, wird derzeit erwogen, zukünftig den Nachweis der Parametertreue in wiederholenden Prüfungen zu fordern. Für Industriebetriebe, die Schweißstromquellen verwenden, wäre es außerdem wünschenswert, selber ein entsprechendes Prüfgerät vor Ort einsetzen zu können, um jederzeit die Erreichbarkeit der eingestellten Schweißparameter überprüfen zu können. Hierbei ist es erforderlich, den an der Schweißstelle vorhandenen Lichtbogenwiderstand nachzubilden. Zur Nachbildung von Widerständen in dem hier betroffenen Strombereich, z. B. für Bremswiderstände von großen elektrischen Maschinen, werden bisher galvanische Bäder benutzt, in die zwei Elektroden mit einstellbarer Tiefe eintauchen, siehe beispielsweise DE 24 15 089 A1. Auch als Testbelastung für die Prüfung von Notstromaggregaten sind Flüssigkeitswiderstände bereits erwogen worden, siehe DE 40 33 851 A1. Hierzu sind großvolumige Bäder mit entsprechend großen Wannen erforderlich, die für das hier anstehende Problem jedoch nur bedingt geeignet sind. Außerdem bilden Elektrolytbäder Lichtbogenkennlinien nicht adäquat nach.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung für Schweißstromquellen anzugeben, die einen einfachen Aufbau hat, flexibel vor Ort verwendbar ist und die eine Lichtbogenkennlinie hinreichend genau nachbildet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Danach besteht die Prüfeinrichtung aus einem Gehäuse, das mit einem Einlass und einem Auslass für die Zuführung eines Inertgases versehen ist und in dem eine temperaturfeste Durchführung für eine in das Gehäuse eintauchende, nicht abschmelzende, längsverschiebliche, arretierbare Elektrode vorgesehen ist, die mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle verbindbar ist. In dem Gehäuse befindet sich außerdem eine gegebenenfalls gegen das Gehäuse isolierte Gegenelektrode, die mit dem zweiten Pol der Schweißstromquelle verbindbar ist, wobei der Abstand von nicht abschmelzender Elektrode und Gegenelektrode einstellbar und arretierbar und mittels einer Messeinrichtung dieser Abstand oder andere, den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter ermittelbar sind.

Mit der Prüfeinrichtung kann eine Lichtbogenkennlinie unter realen Belastungsbedingungen erzeugt werden. Die signifikanten Parameter Schweißstrom und Schweißspannung werden bei einem Prüfvorgang bei mindestens zwei verschiedenen Abständen zwischen Elektrode und Gegenelektrode ermittelt und registriert, so dass die Belastungskennlinie im Arbeitsbereich der Schweißstromquelle ermittelt werden kann.

Zur Messung des Schweißstromes ist kein spezielles, den Strom direkt im Lichtbogen messendes Strommessgerät vorgesehen und auch nicht erforderlich. Vielmehr dient der Lichtbogen selber als Grundlage der Parameterbestimmung. Der Strom wird beispielsweise zweckmäßig anhand der Lichtbogenlänge, das heißt also dem Abstand von Elektrode und Gegenelektrode, und dem jeweiligen Durchmesser der nicht abschmelzenden Elektrode ermittelt. Der Strom nimmt in Abhängigkeit von diesen Parametern Werte an, die von der Art der Schweißelektrode unabhängig sind. Möglich ist auch die Verwertung anderer Lichtbogenparameter. Denkbar sind hierbei die Lichtintensität oder Wärmestrahlung, aber auch die Gamma-Strahlung oder Ionisation.

Die Gegenelektrode kann aus Kupfer bestehen und wird zweckmäßig wassergekühlt. Die nicht abschmelzende Elektrode besteht beispielsweise aus Wolfram.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung im Querschnitt.

Die Prüfeinrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, in das eine nicht abschmelzende Elektrode, hier eine Wolframelektrode 2 durch eine temperaturfeste Durchführung 3 hindurch eintaucht. Die Wolframelektrode 2 ist zusammen mit der Durchführung 3 an der oberen Wand des Gehäuses 1 verschiebbar. Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine Gegenelektrode 4 aus Kupfer angeordnet. Da die obere Wand des Gehäuses 1 im Winkel zur Gegenelektrode 4 steht, ist mit einer Verschiebung der Durchführung 3 gleichzeitig der Abstand zwischen der Wolframelektrode 2 und der Gegenelektrode 4 einstellbar. Gegebenenfalls kann die Wolframelektrode 2 im Winkel zur Gegenelektrode 4 stehen, um z. B. möglichst reale Verhältnisse einer Handschweißung nachzubilden.

Das Gehäuse 1 hat einen Einlass 5 und einen Auslass 6 für ein Inertgas, beispielsweise Argon. Die Wolframelektrode 2 wird mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle, die Gegenelektrode 4 mit dem anderen Pol verbunden. Das Inertgas steht unter einem geringen Überdruck (ca. 0,1 bar), so dass im Gehäuse 1 befindliche Luft bei Beginn des Prüfungsvorgangs ausgespült wird und keine Luft wieder eindringen kann. Gegebenenfalls kann am Gehäuse 1 ein Überdruckventil vorgesehen sein, das bei einem bestimmten Überdruck öffnet und so den Druck im Gehäuse 1 konstant hält. Die Gegenelektrode 4 ist hohl ausgebildet und weist Anschlüsse 7 und 8 für einen Kühlwasserkreislauf auf.

An der Durchführung 3 ist eine Messeinrichtung 9, im einfachsten Fall eine Skala, zur Darstellung des Abstandes zwischen Wolframelektrode 2 und Gegenelektrode 4 vorgesehen.

Die Wolframelektrode 2 ist mittels einer hier nicht gezeigten Einstelleinrichtung im Abstand zur Gegenelektrode 4 feinstverstellbar und feststellbar. Bei komfortableren Messeinrichtungen kann die Einstelleinrichtung mit einem Display oder einem Personalcomputer 10 verbunden sein, die den Abstand zwischen Wolframelektrode 2 und Gegenelektrode 4 sowie den zugehörigen Schweißstrom direkt anzeigen.

Wie in der Zeichnung angedeutet ist, kann der Winkel zwischen der Wolframelektrode 2 und der Oberfläche des Gehäuses 1 von der Senkrechten abweichen, um beispielsweise die Haltung nachzubilden, die ein Schweißer bei einer Handschweißung einnimmt.

Die Spannung wird zwischen der Wolframelektrode 2 und der Gegenelektrode 4 gemessen. Bei verschiedenen Elektrodenabständen werden Arbeitspunkte der zu prüfenden Schweißstromquelle ermittelt. Die Arbeitspunkte können durch einen Kurvenzug verbunden werden und stellen dann die wahre bzw. simulierte aktuelle Belastungskennlinie der Schweißstromquelle dar, die mit der vom Hersteller angegebenen Kennlinie verglichen werden kann. Weichen beide Angaben signifikant voneinander ab, so deutet das auf einen Fehler hin, der dann durch weitere Untersuchungen eingegrenzt und behoben werden muss. Liegt die Abweichung in einem vorgegebenen Toleranzbereich, so kann die vom Hersteller angegebene Belastungskennlinie kalibriert werden, so dass für die Schweißungen die erwartete Kennlinie zur Verfügung steht.

Mit der Prüfeinrichtung gelingt es auch, die verschiedenartigen Kennlinie von Schweißstromquellen - fast horizontale bis stark fallende Belastungskennlinie - exakt darzustellen, was z. B. mit einem galvanischen Widerstand nicht möglich ist. Insbesondere bei selbsttätig arbeitendem Schweißeinrichtungen, z. B. in Verbindung mit Schweißrobotern, sind Schweißstromquellen mit einer definierten Belastungskennlinie erforderlich, deren Einhaltung wichtig für die Funktion der Schweißeinrichtung und die Güte der Schweißnaht ist.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Wolframelektrode

3

Temperaturfeste Durchführung

4

Gegenelektrode

5

Einlass

6

Auslass

7

Anschluss

8

Anschluss

9

Messeinrichtung

10

Personalcomputer

Claims

1. Prüfeinrichtung für Schweißstromquellen, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Gehäuse (1), das mit einem Einlass (5) und einem Auslass (6) für die Zuführung eines Inertgases versehen ist,
eine temperaturfeste Durchführung (3) für eine in das Gehäuse (1) eintauchende, nicht abschmelzende Elektrode (2) vorgesehen ist, die mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle verbindbar ist,
sowie eine gegebenenfalls gegen das Gehäuse (1) isolierte Gegenelektrode (4) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Pol der Schweißstromquelle verbindbar ist,
wobei der Abstand von nicht abschmelzender Elektrode (2) und Gegenelektrode (4) einstellbar und arretierbar und mittels einer Messeinrichtung (10) dieser Abstand oder andere, den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter ermittelbar sind.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (4) gekühlt ist.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (4) wassergekühlt ist.

4. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (4) aus Kupfer besteht.

5. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas Argon ist.

6. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas unter Überdruck steht.

7. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht abschmelzende Elektrode (2) aus Wolfram besteht.

8. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturfeste Durchführung (3) für die nicht abschmelzende Elektrode (2) aus Keramik besteht.

9. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht abschmelzende Elektrode (2) in einem von der Senkrechten abweichenden Winkel zur Oberfläche des Gehäuses (1) angeordnet ist.

10. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht abschmelzende Elektrode (2) in der Ebene einer Wand des Gehäuses (1) verschiebbar angeordnet ist.

11. Prüfeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht abschmelzende Elektrode (2) in der Ebene der oberen Wand des Gehäuses (1) verschiebbar angeordnet ist, die im Winkel zur Ebene der Gegenelektrode (4) angeordnet ist.

12. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter die Lichtintensität ist.

13. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter die Wärmestrahlung ist.

14. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter die Gamma-Strahlung ist.

15. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter die Ionisation ist.