RU2253552C1

RU2253552C1 - Method for controlling welding current at contact spot welding

Info

Publication number: RU2253552C1
Application number: RU2003134884/02A
Authority: RU
Inventors: В.И. Панин (RU); В.И. Панин; И.А. Андросов (RU); И.А. Андросов; С.А. Малолетков (RU); С.А. Малолетков
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" (ОАО "АВТОВАЗ")
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-10

Abstract

FIELD: contact spot AC-welding with use of welding cycle regulator having thyristorized module.

SUBSTANCE: method is realized on change of conductance angle of thyristors. Method comprise steps of preliminarily determining reference points of welding electric currents for each phase of spot welding process; according to said points calculating regression models of amplitude curves of welding currents and calculating values of conductance angle of thyristors depending upon maximum value of welding current, frequency of supply mains, turning-on angle of thyristors, phase shift angle and coefficients of power type polynomial; writing in modules for controlling welding current preliminarily registered in regulator of welding cycle values of conductivity angles of thyristors for their further using at controlling welding current.

EFFECT: enhanced quality of welded joints due to controlling conductivity angle of thyristors for each half-period of welding current at different phases of welding process.

3 dwg

Description

Изобретение относится к контактной сварке, в частности к контактной сварке переменным током, проводимой с помощью регулятора цикла сварки с тиристорным модулем.The invention relates to resistance welding, in particular to resistance welding with alternating current, carried out using a regulator of the welding cycle with a thyristor module.

Известно техническое решение "Способ контактной стыковой сварки сопротивлением" (а.с. СССР №1648680 А1, В 23 К 11/24), при котором сварку ведут на постоянном угле включения тиристоров. В процессе сварки в каждом полупериоде тока измеряют угол проводимости тиристоров и сравнивают друг с другом.Known technical solution "Method of flash butt welding with resistance" (AS USSR No. 1648680 A1, 23 K 11/24), in which welding is carried out at a constant angle of inclusion of thyristors. During welding, the conductivity angle of the thyristors is measured in each half-cycle of the current and compared with each other.

Данный способ не позволяет управлять сварочным током в фазах процесса контактной точечной сварки, что существенно снижает качество сварных соединений.This method does not allow you to control the welding current in the phases of the contact spot welding process, which significantly reduces the quality of the welded joints.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ контактной точечной сварки, использованный в контроллере контактной сварки ККС-102 (“Техническое описание и инструкция по эксплуатации контроллера контактной сварки”, ОАО “АВТОВАЗ”, 1994 г.). В основе функционирования контроллера заложен принцип действия программируемого многоканального регулятора цикла сварки с тиристорным модулем. Способ управления сварочным током основан на изменении угла проводимости тиристоров, выполняющего последовательность заранее заданных режимов работы. Контроль и корректировка режима происходит по обратной связи от датчика тока.The closest technical solution (prototype) is the contact spot welding method used in the resistance welding controller KKS-102 (“Technical description and operating instructions for the resistance welding controller”, AVTOVAZ OJSC, 1994). The operation of the controller is based on the principle of operation of a programmable multi-channel controller of the welding cycle with a thyristor module. The welding current control method is based on a change in the conductivity angle of the thyristors, performing a sequence of predetermined operating modes. The control and adjustment of the mode occurs by feedback from the current sensor.

Данный способ не позволяет при управлении сварочным током учитывать сложную зависимость выделения тепла в точке сварки в процессе сварки, что снижает качество сварных соединений.This method does not allow, when controlling the welding current, to take into account the complex dependence of heat generation at the welding point during the welding process, which reduces the quality of welded joints.

Создание данного технического решения направлено на повышение качества сварных соединений за счет регулирования угла проводимости тиристоров в каждом полупериоде сварочного тока в фазах процесса сварки. Для этого в способе управления сварочным током при контактной точечной сварке переменным током, проводимом с помощью регулятора цикла сварки с тиристорным модулем и основанном на изменении угла проводимости тиристоров, предварительно определяют контрольные точки сварочных токов в каждой фазе процесса точечной сварки, по которым рассчитывают регрессионные модели кривых амплитуды сварочных токов, затем, используя регрессионные модели кривых амплитуды сварочных токов, вычисляют значения углов проводимости тиристоров по формулеThe creation of this technical solution is aimed at improving the quality of welded joints by adjusting the conductivity angle of the thyristors in each half-cycle of the welding current in the phases of the welding process. To do this, in the method of controlling welding current in contact spot welding with alternating current, carried out using a welding cycle regulator with a thyristor module and based on a change in the conductivity angle of the thyristors, the control points of the welding currents in each phase of the spot welding process are preliminarily determined, according to which the regression curve models are calculated the amplitude of the welding currents, then, using the regression models of the curves of the amplitude of the welding currents, the values of the conductivity angles of the thyristors are calculated by the formula

где I_M - максимальное значение сварочного тока;where I _M is the maximum value of the welding current;

t - время;t is the time;

ω - частота питающей сети;ω is the frequency of the supply network;

α - угол включения тиристоров;α is the angle of inclusion of thyristors;

φ - угол сдвига фаз;φ is the phase angle;

а_n - коэффициенты степенного полинома,and _n are the coefficients of the power polynomial,

после чего записывают в модули управления сварочным током, предварительно введенные в регулятор цикла сварки, значения угла проводимости тиристоров, которые в последствии используют при управлении сварочным током.after which the values of the conductivity angle of the thyristors, which are subsequently used to control the welding current, are recorded in the welding current control modules, previously entered into the regulator of the welding cycle.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, с помощью которого осуществляется способ управления сварочным током при контактной точечной сварке; на фиг.2 - пример формы кривой амплитуды сварочного тока от времени; на фиг.3 - форма кривой амплитуды сварочного тока на основании вычисленной регрессионной модели.Figure 1 shows a block diagram of a device with which a method for controlling the welding current in contact spot welding is carried out; figure 2 is an example of a curve shape of the amplitude of the welding current versus time; figure 3 is a waveform of the amplitude of the welding current based on the calculated regression model.

Процесс образования точки сварки может требовать сложную зависимость выделения тепла в точке сварки. С помощью модулей управления сварочным током возможно управление сварочным током в фазах процесса точечной сварки, например таких как подогрев металла, режим сварки и режим плавного остывания. Модули управления сварочным током программируются независимо. С помощью одного модуля управления сварочным током можно задать форму кривой амплитуды одного сварочного тока от времени для подогрева металла и соответственно существенное снижение удельного сопротивления контактирования площади сопротивления поверхности металла. С помощью второго модуля управления сварочным током возможно задать форму кривой амплитуды тока эффективного образования точки сварки. С помощью третьего модуля управления сварочным током задается форма амплитуды сварочного тока, с помощью которого осуществляется подогрев металла небольшим током после эффективного образования точки сварки. Этот режим необходим для плавного остывания металла в точке сварки, тем самым улучшая структуру сварного соединения и ослабления внутренних напряжений в металле.The process of forming a weld point may require a complex relationship of heat generation at the weld point. Using the welding current control modules, it is possible to control the welding current in the phases of the spot welding process, for example, such as metal heating, welding mode and smooth cooling mode. Welding current control modules are programmed independently. Using one welding current control module, you can set the shape of the amplitude curve of one welding current versus time for heating the metal and, accordingly, a significant reduction in the contact resistance of the metal surface resistance area. Using the second welding current control module, it is possible to set the shape of the current amplitude curve of the effective formation of the welding point. Using the third welding current control module, the shape of the amplitude of the welding current is set, with which the metal is heated by a small current after the effective formation of the welding point. This mode is necessary for smooth cooling of the metal at the weld point, thereby improving the structure of the welded joint and weakening the internal stresses in the metal.

Действительно, мгновенное значение сварочного тока при фазовом регулировании определяется следующим соотношениемIndeed, the instantaneous value of the welding current during phase control is determined by the following relation

φ - угол сдвига фаз.φ is the phase angle.

Функция, полученная при описании формы амплитуды кривой сварочного тока, определяется отношениемThe function obtained in the description of the shape of the amplitude of the welding current curve is determined by the ratio

где a_n - коэффициенты регрессионной модели кривой сварочного тока;where a _n are the coefficients of the regression model of the curve of the welding current;

m - количество контрольных точек.m is the number of control points.

Коэффициенты a₁... а_n находятся путем решения системы уравненийThe coefficients a ₁ ... a _n are found by solving the system of equations

Очевидно, выполнив математические преобразования, угол проводимости тиристоров необходимо изменять согласно формулеObviously, having performed the mathematical transformations, the conductivity angle of the thyristors must be changed according to the formula

Реализацию заявляемого способа рассмотрим на примере работы устройства, конструктивное исполнение которого представлено на фиг.1. Модули управления сварочным током 1, 2, 3 встраиваются в регулятор цикла сварки 4 с тиристорным модулем, сварочный ток передается через сварочный трансформатор 5 на сварочные клещи 6, с помощью датчика тока 7 происходит контроль сварочного тока по обратной связи. С помощью программатора 8 программируют по каналам связи модуля управление сварочным током 1, 2, 3. Контроллер 9 регулятора цикла сварки 4 управляет процессом точечной сварки. Данный способ возможно осуществить, используя регуляторы цикла сварки с тиристорным модулем фирмы Bosch PST6000.XXX, присутствующие на Российском рынке. В качестве модулей управления сварочным током, встраиваемых в регулятор цикла сварки с тиристорным модулем, могут быть использованы Flash Disk с объемом памяти от 256 Мб до 1 Гб в зависимости от количества контрольных точек, с помощью которых описывается форма кривой амплитуды сварочного тока от времени. Количество модулей управления сварочным током зависит от количества фаз процесса точечной сварки, в каждой из которых требуется подача тока по определенной форме кривой амплитуды сварочного тока. В качестве программатора может быть использован переносной компьютер NoteBook, совместимый с IBM PC.The implementation of the proposed method, we consider the example of the operation of the device, the design of which is presented in figure 1. Welding current control modules 1, 2, 3 are built into the regulator of welding cycle 4 with a thyristor module, the welding current is transmitted through the welding transformer 5 to the welding tongs 6, using the current sensor 7, the welding current is monitored by feedback. Using the programmer 8, the welding current control 1, 2, 3 is programmed through the communication channels of the module. The controller 9 of the welding cycle controller 4 controls the spot welding process. This method can be implemented using regulators of the welding cycle with a thyristor module from Bosch PST6000.XXX, which are present on the Russian market. Flash welding modules with a memory capacity of 256 MB to 1 GB depending on the number of control points that describe the shape of the curve of the amplitude of the welding current versus time can be used as welding current control modules built into the controller of a welding cycle with a thyristor module. The number of welding current control modules depends on the number of phases of the spot welding process, in each of which a current supply is required according to a certain shape of the amplitude curve of the welding current. As a programmer, a NoteBook laptop computer compatible with the IBM PC can be used.

При программировании модулей управления сварочным током предварительно по технологическим соображениям определяются контрольные точки кривой амплитуды сварочного тока в течение одной фазы точечной сварки. Каждая контрольная точка несет в себе информацию об амплитудном значении сварочного тока и времени, в которое это значение должно быть достигнуто относительно начала цикла сварки. Количество контрольных точек определяет точность регрессионной модели зависимости амплитуды сварочного тока от времени. Затем с помощью программатора 8 вычисляют регрессионную модель кривой амплитуды сварочного тока в виде степенного полинома, а также рассчитывают значения угла проводимости тиристоров сварки и записывают информацию по каналам связи в модуль управления сварочным током.When programming welding current control modules, the control points of the amplitude curve of the welding current during one phase of spot welding are previously determined for technological reasons. Each control point carries information about the amplitude value of the welding current and the time at which this value must be reached relative to the start of the welding cycle. The number of control points determines the accuracy of the regression model of the dependence of the amplitude of the welding current on time. Then, using the programmer 8, a regression model of the amplitude curve of the welding current is calculated in the form of a power polynomial, the conductivity angle of the thyristors is also calculated, and information is transmitted via the communication channels to the welding current control module.

Способ осуществляется следующим образом. Определяются контрольные точки сварочного тока первой фазы процесса сварки фиг.2 и их данные заносятся в программатор 8 модулей управления сварочным током. С помощью программатора 8 рассчитывают регрессионную модель формы кривой амплитуды сварочного тока и вычисляют значения угла проводимости тиристоров согласно формуле (4). По каналам связи от программатора 8 в модуль управления сварочным током 1 записывают значения угла проводимости тиристоров регулятора цикла сварки 4 с тиристорным модулем. Для описания сварочных токов последующих фаз процесса сварки данное выше описание программирования модулей управления сварочным током повторяется. Контроллер 9 регулятора цикла сварки 4 с тиристорным модулем, используя данные хранящиеся в модулях управления сварочным током 1, 2, 3, управляет сварочным током, который подается на сварочные клещи 6 через сварочный трансформатор 5. С помощью датчика тока 7 снимается аналоговый сигнал, напряжение которого пропорционально сварочному току, обеспечивающий контроль тока по обратной связи.The method is as follows. The control points of the welding current of the first phase of the welding process of FIG. 2 are determined and their data are entered into the programmer 8 of the welding current control modules. Using programmer 8, a regression model of the shape of the curve of the amplitude of the welding current is calculated and the values of the conductivity angle of the thyristors are calculated according to formula (4). Through the communication channels from the programmer 8, the values of the conductivity angle of the thyristors of the welding cycle controller 4 with the thyristor module are recorded in the welding current control module 1. To describe the welding currents of the subsequent phases of the welding process, the above description of the programming of welding current control modules is repeated. The controller 9 of the controller of the welding cycle 4 with a thyristor module, using the data stored in the welding current control modules 1, 2, 3, controls the welding current that is supplied to the welding tongs 6 through the welding transformer 5. An analog signal is removed with the current sensor 7, the voltage of which proportional to the welding current, providing feedback control of the current.

Claims

A method of controlling welding current in contact spot welding with alternating current, carried out using a welding cycle regulator and based on a change in the conductivity angle of the thyristors, characterized in that the control points of the welding currents in each phase of the spot welding process are preliminarily determined, according to which the regression models of the welding amplitude curves are calculated currents, then, using the regression models of the curves of the amplitude of the welding currents, the values of the conductivity angles of the thyristors are calculated by the formula

where I _M is the maximum value of the welding current;

t is the time;

ω is the frequency of the supply network;

α is the angle of inclusion of thyristors;

φ is the phase angle;

a _n are the coefficients of the power polynomial,

then the values of the conductivity angle of the thyristors, which are subsequently used to control the welding current, are preliminarily entered into the welding current control modules.