Leseprobe_300356

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Prozessparameter erfolgt mittels Schweißbereichsdiagrammen, die aus der industriellen Sicht ein Maß der Stabilität des Schweißprozesses darstellen [12]. Zur Aufstellung des Schweißbereiches wird eine Punktfolge mit ansteigenden Stromwerten bei konstanter Schweißzeit und Elektrodenkraft geschweißt. Wenn ein vordefinierter Punktdurchmesser erreicht wird, ist die Mindestqualitätsanforderung, d. h. die untere Stromgrenze, erfüllt [8, 13]. Die obere Stromgrenze wird durch das Entstehen von Grenzflächenspritzern bestimmt. Aus der Differenz der unteren und oberen Stromgrenze wird der Schweißbereich ermittelt [8, 13]. 2.2 Prozessdatenanalyse beim Widerstandspunktschweißen Die Prozessdatenanalyse bildet die Basis für verschiedene Anwendungen beim Widerstandspunktschweißen, wie beispielsweise der Qualitätsüberwachung und dem adaptiven Regeln des WPS-Prozesses [14]. Hierbei werden Prozessgrößen benötigt, die mit der Linsenentwicklung korrelieren und somit eine Aussage über die erzielte Schweißqualität ermöglichen [14, 15]. Verschiedene Messgrößen können im Schweißprozess aufgezeichnet werden, wie beispielsweise die Elektrodenbewegung, die Elektrodenkraft, die elektrischen Parameter des Schweißprozesses (Spannung, Strom, Widerstand und Energie) sowie die Wärmestrahlung der Bleche [14, 16]. Eine exemplarische Gegenüberstellung von Störeinflüssen, welche durch die Messsignale detektiert werden, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Messgrößen und die damit beschreibbaren Störgrößen, in Anlehnung an [17] Störeinflüsse Spannung Erfasste Messgröße dyn. Strom Widerstand Energie Elektrodenbewegung Wärmeabstrahlung Stromschwankungen + + + + + + Nebenschluss + + + + Elektrodenverschleiß + + + + + Kraftschwankungen + + Wärmeableitung + + Spritzer + + + + + schlechte Passung + + schlechte Oberfläche + + + + Dickenveränderung + + + + + Anzahl der Bleche + + + + Veränderung d. Materials + + Ein plus (+) bedeutet, dass der Störeffekt mit der Messgröße erfasst werden kann Eine Fülle von Informationen über die Linsenentwicklung sowie die auftretenden Störeinflüsse werden durch den dynamischen Widerstand sowie der Elektrodenbewegung abgebildet [15, 17 bis 21]. Dynamischer Widerstand Als dynamischen Widerstand wird der Quotient aus der Schweißspannung und dem Schweißstrom während des Schweißprozesses verstanden [22]. Der dynamische Widerstandverlauf dient zur Beurteilung der Linsenentwicklung, zum Detektieren von Schweißspritzern sowie als Qualitäts- und Regelgröße [17, 18]. Elektrodenbewegung Die Elektrodenbewegung, welche mit der thermischen Ausdehnung des Schweißgutes korreliert, ist seit langem Gegenstand der Forschung zur Überwachung und Regelung des Schweißprozesses [14, 19, 20, 23]. Die ersten Ansätze zur Beurteilung der Schweißqualität basieren auf der maximalen Elektrodenbewegung sowie der anfänglichen Expansionsrate des Schweißgutes [19, 20]. Dieses diente als Grundlage zur Entwicklung unterschiedlicher Qualitäts- und Regelsysteme, welche die Elektrodenbewegung und -geschwindigkeit als Führungsgrößen verwenden [14, 17, 23, 24]. Die Abbildung 1 zeigt schematisch die Elektrodenbewegung s in Abhängigkeit von der Schweißzeit ts. DVS 356 9
s / µm Maximum 1 F E 2 F E 3 F E s = 0 s > 0 s < 0 t / ms I / kA 1 2 3 t / ms F E F E F E Vor der Linsenbildung Linsenbildung Einsinken der Elektroden Abbildung 1: Schematische Darstellung der Elektrodenbewegung, in Anlehnung an [19] Durch den zeitlichen Verlauf des Elektrodenweges können Aussagen über die Linsenentwicklung, den Linsendurchmesser sowie dem Elektrodenverschleiß getroffen werden [14, 15, 19, 23, 25]. 3 Experimentelle Untersuchungen 3.1 Vorgehensweise Aufgrund des hohen Versuchsaufwandes bei der Aufstellung von Schweißbereichsdiagrammen wird eine Methode benötigt, welche den Versuchsaufwand signifikant verringern kann. Auf Basis der Prozessdatenanalyse soll eine Vorhersage über den erzielten Punktdurchmesser (untere Stromgrenze) sowie über das Auftreten von Schweißspritzer (obere Stromgrenze) getroffen werden. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, muss eine Korrelation zwischen den Prozesssignalen und dem Schweißbereich hergestellt werden. Die Abbildung 2 zeigt das schematische Vorgehen der nachfolgenden Untersuchungen auf. Parameteranpassung Prozessdatenanalyse I F 1. Schritt 1. Schritt Schweißbereichsdiagramm Schweißbereich t Indentifizierung von Kennwerten Punktdurchmesser / mm d wmin = 4√t Schweißstrom / kA 2. Schritt Abbildung 2: Schematische Darstellung der Vorgehensweise Im ersten Schritt werden konventionelle Schweißbereichsdiagramme bei unterschiedlichen Schweißkräften aufgestellt. Für jeden Schweißpunkt werden die Prozessdaten aus dem Abschnitt 3.3 erfasst. Im zweiten Schritt erfolgt die Korrelation zwischen den Schweißbereichsdigrammen und den Prozessdaten. Anhand der Identifikation von signifikanten Kennwerten soll eine effiziente Methode abgeleitet werden, welche die Schweißbereiche vorhersagen kann und somit eine gezielte Optimierung der Schweißparameter ermöglicht. 3.2 Verwendete Schweißanlage, Material und Methode Verwendete Schweißanlage Alle Schweißungen wurden an einer C-Ständeranlage mit magneticDRIVE® der Firma NIMAK GmbH durchgeführt. Zur Erzeugung des Schweißstromes agierte ein Mittelfrequenzgleichstrominverter, der ebenfalls die Konstantstromregelung (KSR) für jeden Schweißvorgang gewährleistete. Die Besonderheit der verwendeten Widerstandspunktschweißanlage lag in der Elektrodenzustellung und Krafterzeugung. Die Zustellung der oberen Elektrode erfolgte mittels Linearantrieb, wohingegen die eigentliche Krafterzeugung durch einen Elektromagneten realisiert wurde. Durch diese Technologie konnte es ermöglicht werden, die Anpresskraft der Elektroden sowie das Nachsetzverhalten während des Schweißvorganges dynamisch zu regeln. 10 DVS 356
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