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Einrichtung zum vorzugsweise automatischen WIG-Schweissen metallischer Werkstoffe
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum vorzugsweise automatischen WIG-Schweissen metalli- scher Werkstoffe.
Es ist bekannt, dassLichtbögenbeimWIG-Schweissen-Argon-Arc-Schweissen-neben der allgemein bekannten Hochfrequenzzündung auch mittels eines Hilfslichtbogens gezündet werden können. Dabei sind die Leistungen des Hilfslichtbogens sehr klein, da er nur zum Ionisieren der Strecke zwischen der negativ gepolten Elektrode und dem positiv gepolten Werkstück dient. Beim Schweissen mit Gleichstrom tritt mit dieser Schaltung meist eine Zündverzögerung am Nahtanfang bzw. eine Ausschmelzung durch das Nachbrennen am Nahtende auf. Dem versuchte man entgegenzuarbeiten, indem An-und Auslauf- bleche verwendet werden und der Schweissbeginn bzw. das Löschen des Schweisslichtbogens über Endschalter gesteuert wird.
Hiebei treten Schwierigkeiten auf, weil die Zuschnittlängen der einzelnen Schweiss- teile in verschiedenen Längen anfallen, so dass die Anschläge für die Endschalter bei jedem Werkstück neu eingestellt werden müssen. Noch schwieriger ist die Schweissung bestimmter Formteile, wobei der
Brenner in einer bestimmten Kurve geführt und an jeder Stelle unter dem gleichen Winkel zur Naht ste- hen muss und entsprechend des Kurvenverlaufes in seiner Geschwindigkeit entweder beschleunigt oder verzögert werden muss, um an jeder Stelle der Naht dem Werkstück einen konstanten Wärmebetrag zu- zuführen.
Weiter sind düsengepolte Schweiss- und Schneidbrenner bekannt, die mit gutem Erfolg vorzugsweise zum Schmelzen und Schweissen von elektrisch nichtleitenden Werkstoffen bzw. von Werkstoffen mit sehr hohem Schmelzpunkt eingesetzt werden. Diese Schneidbrenner sind aber beim Schweissen metallischer
Werkstoffe unwirtschaftlich, weil ihr Wirkungsgrad ein Zehntel jenes der Einrichtung beträgt, die Werk- stückpolung aufweist.
Mit den bekannten Einrichtungen ist nicht garantiert, dass der Lichtbogen stets nur am Anfang der
Naht zündet bzw. an der Auslaufkante automatisch abreisst. Die auftretende Zündverzögerung hat zur
Folge, dass am Anfang oft ein ungeschweisstes Stück verbleibt und am Ende Ausschmelzungen auftre- ten. Am Ende der Naht kann der Lichtbogen erst dann abreissen, wenn der Schweissstrom durch Endschal- ter unterbrochen wird oder die Bogenspannung durch den sich verlängernden Abstand zwischen Auslauf- kante und Elektrodenspitze so hoch ansteigt, dass sich ein Arbeitspunkt ausserhalb des Kennlinienfeldes einstellt und der Lichtbogen automatisch abreisst, wobei die Nachlaufstrecke ein Vielfaches der Werk- stückdicke beträgt.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, beim Lichtbogen-Punktschweissen unter Schutzgas mit einer Hilfslichtbogenzündung zu arbeiten. Hiebei wird der Abstand zwischen Elektrodenspitze und Düsenwand grösser gewählt als der Abstand zwischen Elektrodenspitze und Werkstückoberkante (bei auf das Werk-
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stück aufgesetzter Düse). Zur Begrenzung des Stromes für den Hilfslichtbogen ist ein Testwiderstand in den Hilfslichtbogen-Stromkreis eingeschaltet. Der Hilfslichtbogen wird zwischen der Wolframelektrode und der Düse unabhängig vom Werkstück gezündet.
Zum Zünden des eigentlichen Schweisslichtbogens zwischen Elektrode und Werkstück ist es erforderlich, die Brennerdüse auf das Werkstück aufzusetzen, so dass infolge des geringeren Abstandes zwischen Werkstück und Elektrodenspitze der Hilfslichtbogen von der Düsenwand auf das Werkstück überspringt. Danach wird über einen gesonderten Schalter die Schweissstromzuleitung vom Werkstück eingeschaltet. Die Beendigung des Schweissvorganges erfolgt in umgekehrter Reihenfolge durch Betätigung eines Endschalters.
Diese Einrichtung dient nur zur Zündung des Hauptlichtbogens, ohne dass dabei der Hilfslichtbogen den Hauptlichtbogen in irgend einer Weise beeinflusst.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für einen mit einem Hilfslichtbogen arbeitenden WIG-Schweissbrenner zu schaffen, bei dem mit sehr geringen Leistungsdifferenzen zwischen Haupt- und Hilfslichtbogen gearbeitet werden soll, wodurch es möglich wird, die Lichtbogennachlaufstrecke auf 0, 1 mm Länge bei Materialdicken über 0,5 mm und auf 0,05 mm Länge bei Materialdicken unterhalb 0,5 mm einzustellen, wobei die Grösse der Vor- und Nachlaufstrecke durch die Höhe der Leistungsdifferenz zwischen Haupt- und Hilfslichtbogen bestimmt werden soll.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zum vorzugsweise automatischen WIG-Schweissen metallischer Werkstoffe, unter Verwendung eines düsengepolten WIG-Schweissbrenners, wobei die Elektrode direkt an den Minuspol und die Düse unter Zwischenschaltung eines Widerstandes und gleichzeitig das Werkstück an den Pluspol des Schweissstromgenerators angeschlossen sind, erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass zur Festlegung einer bestimmten Leistungsdifferenz zwischen Haupt- und Hilfslichtbogen der Widerstand als Regelwiderstand ausgebildet ist und das Werkstück direkt an den Pluspol angeschlossen Ist sowie dass der Schweissstromgenerator in an sich bekannter Weise regelbar ist.
Der dadurch gebildete Parallelstromkreis ist zum Hauptstromkreis bezüglich der indizierten Leistung so abgeglichen, dass die Leistungsdifferenz zwischen beiden bestimmend ist für die Grösse der Nachlauf- strecke am Nahtende. Der Hilfslichtbogen bewirkt bei grossen Leistungsdifferenzen zwischen Haupt- und Hilfslichtbogen-ähnlich wie bei der HF-Zündung-einen langen Hauptlichtbogen. Bei kleinen Leistungsdifferenzen hingegen kann sich der Hauptlichtbogen nur geringfügig verlängern, so dass er schon bei sehr geringen Verlängerungen (0, 1 mm) sofort abreisst, während der Hilfslichtbogen konstant weiterbrennt.
Das Überfahren der Auslaufkante führt zur plötzlichen Verlängerung des Hauptlichtbogens, so dass dieser durch die kleine Leistungsdifferenz zwischen Haupt- und Hilfslichtbogen sofort abreisst und der weiterbrennende Hilfslichtbogen die erneute Zündung des Hauptlichtbogens an der nächsten Nahtanfangskante wieder einleitet. Die Nachlaufstrecke wird also durch zwei Übergangswiderstände gesteuert.
Eine bevorzugte Vorrichtung zum vorzugsweise automatischen WIG-Schweissen metallischer Werk- stoffe ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenspitze des Schweissbrenners mit- tels einer Elektrodenvorschubeinrichtung radial, d. h. zum Düsenmund hin, sowie axial, d. h. zur Werkstückoberkante, einstellbar ist.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass beim Schweissen weder mit An- bzw. Auslaufblechen noch mit Endschaltern gearbeitet werden muss und durch die kleinen Leistungsdifferenzen zwischen Haupt- und Hilfslichtbogen der Hauptlichtbogen immer am Nahtanfang zündet und am Nahtende verlicht, wodurch erreicht wird, dass am Nahtende keine Ausschmelzungen und am Nahtanfang keine ungeschweisste Naht verbleiben. Mittels der Elektrodenvorschubeinrichtung können die notwendigen Abstände von Elektrodenspitze zum Düsenmund bzw. in Richtung auf die Werkstückoberkante genau eingestellt werden, wodurch der Elektrodenabbrand auf ein Minimum reduziert wird.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Schema der Schaltung der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 eine Übersicht über die Nachlaufstrecken bei verschiedenen Zündmethoden und Fig. 3 einen WIG-Schweissbrenner nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Generator 1 dargestellt, dessen Minuspol 6 mit einer nicht abschmelzenden Elektrode 2 einer Düse 5, dessen Pluspol 7 mit einem Werkstück 3 und parallel dazu über einen Regelwiderstand 4 mit der Düse 5 verbunden sind. Zur Regelung des Schweissstromes für den Hauptlichtbogen zwischen der Elektrode 2 und dem Werkstück 3 ist ein Potentiometer 8 vorgesehen.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Schweissbrenner mit einer Elektrodenvorschubeinrichtung 26, 27 ausgestattet, diedazu dient, denAbstand 11 (Fig. 2) zwischenElektrodenspitze 12 und Werkstück- oberkante 13 unabhängig vom Abstand 15 zwischen Düsenmund 16 und Elektrodenspitze 12
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einstellen zu können. Um die am Schweissbrenner auftretende Wärme abführen zu können ist die Düse 5 wassergekühlt, wofür am Düsenkörper ein Wasserzulauf 18 angeordnet ist. Das Wasser wird durch diesen in einen oberen Kühlraum 19 geführt und läuft durch einen Anschlussstutzen 20 ab. Oberhalb des Anschlussstutzens 20 liegt ein Gasanschlussnippel 21, von dem aus Gas in einen oberen Gasraum 22 eintritt und längs einer Spannzange 23 der Düse 5 zugeleitet wird.
Zur Isolation der beiden Stromkreise sind in der Düse 5 ein Zwischenring 24 und eine Isolierbuchse 25 angeordnet. Das Düsenmundstück 16 ist nach Verschleiss austauschbar.
Nach Einregelung des Schweissstromes mittels des Potentiometers 8 wird, bei brennendem Hilfslichtbogen, der Regelwiderstand 4 entsprechend der gewünschten Nachlaufstrecke, u. zw. zwischen einem Mindestwert y und einen Maximalwert x, eingestellt.
Mittels der Elektrodenvorschubeinrichtung 26,27 kann die Entfernung zwischen Elektrodenspitze 12 und Werkstückoberkante 13 auf einen entsprechend kleinen Abstand 11 einjustiert werden. Da der Lichtbogen bestrebt ist, senkrecht zur Werkstückoberkante 13 zu brennen und diese Richtung ausserdem noch durch das strömende Argon-Schutzgas 14 bestimmt ist, sowie beim Überfahren der Auslaufkante 9 eine plötzliche Längenänderung eintritt, ist es möglich, dass der Abstand 11 zwischen Elektrodenspitze 12 und Werkstückoberkante 13 grösser gewählt wird als die Nachlaufstrecke y bzw. x.
UmdenHilfslichtbogenzwischenElektrodenspitze 12 und Düsenmund 16 in jedem Falle zu zünden, muss der senkrechte Abstand des Randes des Düsenmundes 16 von der Werkstückoberkante 13 stets kleiner sein als der Abstand 11 zwischen Elektrodenspitze 12 und Werkstückkante 13.
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