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Abbrennstumpfs chweissmas chine
Die Erfindung betrifft eine Abbrennstumpfschweissmaschine zum Anschluss an Mehrphasenstrom und mit wenigstens einem einphasigen Schweisstransformator, dessen Primärspannungshalbwellen aus ange- schnittenen Halbwellen der Mehrphasenspannung zusammengesetzt sind.
Mit einer solchen Maschine kann warm oder kalt abgebrannt werden. Beim warmen Abbrennen werden die an den Stossflächen nicht bearbeiteten Werkstücke zunächst zusammengepresst und durch Stromdurchgang vorgewärmt. Dann werden die WerkstUcke mit geringer Kraft zusammengebracht. Dabei ergibt sichanden Meinen BerUhrungsstellen eine grosse Stromdichte. Diese Stellen erwärmen sich rasch, es entstehen Strombracken aus flüssigem Metall, die unter Bildung eines Abschaltfeu3rs zerstört und aus der Stossfuge herausgeschleudert werden. Durch wiederholtes Öffnen und Schliessen der Stossstelle wird diese Erscheinung in schneller Folge wiederholt, bis sich das Abschaltfeuer gleichmässig über die ganzen Stossflächenerstreckt, beide Stossflächen gleichmässig erwärmt und mit einer Haut flüssigen Metalls Überzogen sind.
Beim anschliessenden Stauchen wird das flüssige Metall aus der Stossfuge herausgequetscht, und die Werkstücke werden an den sauberen Stossflächen miteinander vereinigt. Beim kalten Abbrennen wird ohne vorheriges Vorwärmen abgebrannt.
Während der Abbrennphase mUssen die zu verschweissenden Flächen durch den auftretenden Eisenoder andernMetalldampf vor Oxydation und Verzunderung geschützt sein. Das erfordert ein schnelles Abbrennen, welches auch den Vorteil hat, dass die Wärmezone weniger tief in die Werkstücke eindringt als beim langsameren Abbrennen.
Anderseits darf das Abbrennen nicht zu rasch erfolgen. Bei zu schnellem Abbrennen entstehen keine ebenen Flächen an den Werkstückenden. Es kann zur Bildung von Kratern kommen, an deren Rand sich Abbrandrückstände sammeln, die dann beim Stauchen in den Krater gelangen und schliesslich einen äusserst unerwünschten Einschluss in der Schweissstelle bilden.
Eine unerwünschte Erscheinung beim Abbrennen ist das sogenannte Zusammenkleben der Werkstücke.
Danach nimmt die Stromdichte an der betreffenden Stelle infolge der metallischen Verbindung erheblich zu und schliesslich schmilzt die gebildete metallische Brücke zwischen den Werkstückende, wodurch die metallische Stromleitung plötzlich unterbrochen wird. In diesem Augenblick entsteht im induktiven Schweiss stromkreis. eine hohe Selbstinduktionsspannung zwischen den WerkstUckenden, und unrer der Wirkung der induktiv im Schweissstromkreis gespeicherten Energie tritt plötzlich ein übermässiger Abbrand auf. Es werden ein oder mehrere grössere Teile aus den zu verschweissenden Flächen ausgestossen, und es kommt zur Bildung eines Kraters.
Dabei ist es ganz besonders ungünstig, dass die Metalldampferzeugung während des Klebens unterbrochen ist, so dass das Material um die betreffende Stelle herum oxydiert und verzundert. Wird dann Material an der betreffenden Stelle durch die induktiv gespeicherte Energie ausgestossen und dadurch ein Krater gebildet, so wird während der anschliessenden Stauchphase das oxydierte und verzunderte Material in den Krater hineingedrückt und bildet einen äusserst unerwünschten Einschluss in der Schweissstelle.
Bei der erfindungsgemässen Maschine ist während der Abbrennphase der Anschnitt derart verzögert, dass der Primärstrom des Schweisstransformators zwischen den je einer angeschnittenen Halbwelle der Mehrphasenspannung entsprechenden Impulsen wenigstens annähernd bis auf Null abnimmt.
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Dadurch werden sekunde Abbrennstromimpulse erzeugt. Die Impulsfrequenz dieser Abbrennstromimpulse. und der entsprechenden Wärmeimpulse ist gleich dem Produkt aus der Netzfrequenz und der Anzahl der Phasen. Bei dreiphasigem Wechselstrom von 50 Hz entstehen pro Sekunde 150 Abbrennstromimpulse, entsprechend 150 Wärmeimpulsen, während der Netzfrequenz von 50 Hz 100 Wärmeimpalse und der untersetzten Abbrennstromfrequenz von z. B. 13 7/11 Hz üblicher Maschinen der genannten Art nur zirka 27 Wärmeimpulsepra Sekunde entsprechen. Wird die Maschine nach der Erfindung mit sechsphasi- gem Wechselstrom von 50 Hz gespeist, so ergeben sich sogar 300 Wärmeimpulse pro Sekunde während der Abbrennphase.
Es hat sich gezeigt, dass beim Abbrennen mit derart grossen Wärmeimpulsfrequenzen an den Stossflä-
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können oder in denen verzundertes Material oder Material mit anderer unerwünschter Veränderung eingeschlossen werden kann, welches dann einen äusserst unerwünschten Einschluss in der'Schweissstelle bilden würde Für die relativ hohe Frequenz der Impulse, aus denen der Primärstrom während der Abbrennphase zu- sammengesetzt ist, hat der Schweisskreis eine verhältnismässig hohe Impedanz. Dadurch wird der Abbrennstrom begrenzt und es wird auch verhindert, dass derselbe plötzlich ansteigt. Es hat sich gezeigt, dass die Bildung eires Kraters von einem plötzlichen Stromanstieg begleitet ist.
Wenn der Strom beim Abbrennen infolge der hohen induktiven Impedanz nicht plötzlich ansteigen kann, entstehen auch keine Krater.
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Sch\'7eissen mit bisherigenstens während der Spannucgspausen zwischen den Abbrennstroml1albwellen auf. Bei der erfindungsgemässen Maschine können diese Pausen infolge der hohen Frequenz des Wärmeimpulsstromes so kurz bemessen wer- den, dass sie praktisch nicht mehr in Erscheinung treten und die Abbrennspannungsimpulse praktisch un-' mittelbar aneinander anschliessen. Wenn das oben genannte Zusammenkleben überhaupt noch auftreten sollte, kann der Strom infolge der hohen Impedanz und der kurzen Impulsdauer trotz der metallischen
Brücke zwischen den Werkstücken nur bis zu einem verhältnismässig kleinen Wert ansteigen.
Die dem Quadrat des Stromes proportionale, induktiv gespeicherte Energie, welche nach dem Unterbrechen der 'metallischen Leitung den anschliessenden Abbrand bewirkt, ist entsprechend klein und reicht nicht dazu aus, einen Krater zu bilden, der oxydiertes oder verzundertes Material aufnehmen könnte. Solches unerwünschte Material wird daher beim nachfolgenden Stauchen aus der Schweissstelle herausgedrückt.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Teil der Schaltung einer Abbrennstumpfschweissmaschine zum Anschluss an Dreiphasenstrom und mit Frequenzuntersetzung, Fig. 2 eine Periode der Primärspannung und des Primärstromes des Schweissaransformators der Maschine nach Fig. 1 während der Vorwärmphase, Fig. 3 eine Periode der Primärspannung und des Primärstromes des Schweisstransformators der Maschine nach Fig. 1 während der
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(Abbrennstrom)selben Zeitmassstab, Fig. 5 einen Teil der Schaltung einer Abbrennstumpfschweissmaschine mit einem primär dreiphasigen und sekundär sechsphasigen Netztransformator und mit Frequenzuntersetzung, Fig.
6 eine Periode der Primärspannung und des Primärstromes des Schweisstransformators der Maschine nach
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Vorwärmphase, Fig.Schweisssansformators der Maschine nach Fig. 5 während der Abbrennphase im Zeitmassstab der Fig. 6, Fig. 8 den Sekundärstrom (Abbrennstrom) zu Fig. 7 in demselben Zeitmassstab.
Die Schaltung nach Fig. 1 umfasst die drei Phasenleiter R, S, T und den Nulleiter. 0 eines Dreiphasennetzes, einen Einphasen-Schweisstransformator 1, mit einer Primärwicklung 11 und einer Sekundärwicklung 12, sechs Ignitrons 2, 3, 4, 5, 6, 7 und ein Steuergerät 8. Die symbolisch dargestellte Schweissst31le ist mit 9 bezeichnet.
Zwischen ein Ende der Primärwicklung 11 und jeden der Phasenleiter R, S, T sind zwei antipar-
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gescnaltete Ignitronsist mit dem Nulleiter O verbunden. Die Enden der Sekundärwicklung 12 sind an die Schweissstel- le 9 angeschlossen.
Die ZUndelektrode und die Kathode jedes der Ignitrons 2, 3, 4,5, 6,7 sind mit dem Steuergerät'8 verbunden. Dieses Steuergerät liefert Zündimpulse für die Ignitrons in derartiger zeitlicher Folge, dass jede Halbwelle der Primärspannung des Schweisstransformators 1 aus zyklisch aufeinander folgenden, angeschnittenen Halbwellen der Sternspannungen des Dreiphasenstromes zusammengesetzt ist.
WährendderVorwärmphaseistgemässFig. 2derAnschnittderhalbwellenderPhasenspannungenuR, uS, uT des Dreiphasennetzes R,S,T,O so gewählt, dass die angeschnittenen Spannungshalbwellen uv mit kurzen Pausen aufeinander folgen. Diese Pausen dienen nur dazu, sicherzustellen, dass beim Zünden
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welcherhalbwelle des Sechsphasenstromes nicht verwendet, indem das betreffende Ignitron nicht gezündet wird, so dass bei der Umkehr der Stromrichtung eine Strompause vorhanden ist. Diese Massnahme kann aus den im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterten Gründen auch bei dreiphasiger Speisung vorteilhaft sein, insbesondere, wenn die Induktivität des Schweisstransformators relativ gross ist. Fig. 8 zeigt den Sekundärstrom des Schweisstransformators während der Abbrennphase.
Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, ist die Impulsfrequenz Fi des Abbrennstromes gleich der sechsfacheii Frequenz des Sechsphasenstromes und da- mit auch gleich der sechsfachen Frequenz des den Netztransformator der Maschine nach Fig. 5 speisenden Dreiphasenstromes.
Die Schaltung nach Fig. 5 hat gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 ausser der höheren''requenz der Abbrennimpulse noch den Vorteil, dass der Primärstrom des Schweisstransformators auf zwölf statt auf sechs Ignitrons verteilt ist, so dass preisgünstigere Ignitrons verwendet werden können. Da ein Ignitron für eine
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bensdauer der Ignitrons begrenzt ist, so dass diese im Betrieb regelmässig ersetzt werden müssen, sind die Unterhaltskosten der Maschine nach Fig. 5 somit niedriger als diejenigen der Maschine nach Fig. l.
Die Abbrennstrom-Impulsdauer kann abweichend von Fig. 4 und 8 so. lang sein, dass die Impulse ohne Pausen unmittelbar aneinander anschliessen. In diesem Falle bilden bei der Umkehr der Stromrichtung zwei Impulse eine ununterbrochene, vollständige Welle (wenn beim Übergang nicht eine angeschnittene Phasenspannungshalbwelle weggelassen wird). Auch ist es nicht notwendig, dass der Abbrennstrom zwischen den Impulsen stets bis auf Null abnimmt. Der günstigste Abbrennstromverlauf der beschriebenen Art hängt von den auszuführenden Schweissarbeiten ab und kann durch Probeschweissungen ermittelt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Abbrennstumpfschweissmaschine zum Anschluss an Mehrphasenstrom und mit wenigstens einem einphasigenSchweisstransformator, dessen Primärspannungshalbwellen aus angeschnittenen Halbwellen der Mehrphasenspannung zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschnitt wah- rend der Abbrennphase derart verzögert ist, dass der Primärstiom des Schweisstransformators zwischen den je einer angeschnittenen Halbwelle der Mehrphasenspannung entsprechenden Impulsen wenigstens annähernd bis auf Null abnimmt.