AT402035B - Verfahren zum ac-wig-schweissen - Google Patents

Description

AT 402 03S B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum AC-WIG-Schweißen, bei dem vor dem Zünden des Lichtbogens ein vorbestimmbarer Schweißstrom eingestellt und an eine positiv gepolte Elektrode aus Wolfram ein Hochspannungsimpuls angelegt wird, wodurch es zu einer hochfrequenten Zündung des Lichtbogens zwischen der Elektrode und einem Werkstück kommt und daß durch Verändern der Parameter, insbesondere die Höhe des Stroms und die Kurvenform für den Schweißprozeß das Elektrodenende einen schmelzflüssigen Zustand erreicht, wodurch eine halbkugelförmige Ausbildung des Elektrodenendes erreicht wird und daß nach der Zündung des Lichtbogens, der anhand der voreingestellten Parameter ermittelte Schweißstrom für den Schweißprozeß an die Elektrode angelegt wird.

Aus der US-A-4 870 248 ist ein Verfahren zu verbesserten Zündung des Lichtbogens bekannt, bei dem zum Zünden des Lichtbogens ein zusätzlicher Oszillator mit einer Hochfrequenz zum normalen Schweißoszillator zugeschaltet wird. Nachdem die Zündung des Lichtbogens an der Elektrode erfolgt, wird über ein Relais der zusätzliche Oszillator weggeschaltet, wodurch anschließend der Schweißoszillator an der Elektrode angeschaltet ist. Nachteilig ist hierbei, daß dabei eine unstabile Zündung des Lichtbogens entsteht, und dieser nach einigen Schweißperioden wieder erlöschen kann, und somit eine neuerliche Zündung des Lichtbogens erfolgen muß.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Zündung des Lichtbogens beim AC-WIG-Schweißen bekannt, wobei an die positiv gepolte Wolfram-Elektrode ein Hochspannungsimpuls angelegt wird und dabei die Lichtbogenstrecke ionisiert wird, wodurch eine Zündung des Lichtbogens erfolgt. Weiters ist es bekannt, daß durch eine Berührung der positiv gepolten Wolfram-Elektrode mit dem Werkstück ein Kurzschlußstrom entsteht, wobei dieser auf einen geringen Wert begrenzt wird und beim Abheben der Wolfram-Elektrode durch den Kurzschlußstrom ein Lichtbogen gezündet wird. Nachteilig ist bei den bereits bekannten Verfahren, daß nach dem Zünden des Lichtbogens ein Startimpuls ausgegeben wird, der sich in Abhängigkeit vom eingestellten Schweißstrom errechnet, wodurch eine schlechte Zündung des Lichtbogens bei einer minimalen Elektrodenbelastung, jedoch ein zu starkes Abschmelzen des Elektrodenendes bei einer maximalen Elektrodenbelastung eintritt. Weiters muß, um eine Ausbildung eines halbkugelförmigen Endes der Elektrode zu erreichen, der Strom durch eine Bedienerperson verändert werden, bis ein schmelzflüssiger Zustand des Endes der Elektrode erreicht wird, was zu einer halbkugelförmigen Ausbildung des Endes der Elektrode führt. Als Grundwerkstoff für diesen Vorgang muß Kupfer verwendet werden. Nach dem Erreichen des halbkugelförmigen Endes der Elektrode muß diese Bedienerperson für den eigentlichen Schweißprozeß der Schweißstrom wieder zurückstellen, wodurch ein höherer Zeitaufwand durch das Verändern des Schweißstromes entsteht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obgenannten Art zu schaffen, mit dem ohne äußere Einwirkungen, wie das Verstellen der Schweißparameter ein stabiles Zünden des Lichtbogens und oder eine halbkugelförmige Ausbildung des Endes der Elektrode während des Startimpulses sowie ein automatisches Zünden eines stabilen Lichtbogens bei nicht ausreichender Energiezuführung an die Elektrode während des Startimpulses zu erreichen.

Diese Erfindung wird dadurch gelöst, daß ein Durchmesser der Elektrode vorgegeben oder eingestellt wird, worauf in Abhängigkeit von diesem Durchmesser der Elektrode ein Stromwert und eine Zeitdauer für einen Startimpuls ermittelt wird und daß nach der hochfrequenten Zündung des Lichtbogens der Startimpuls an die Elektrode angelegt wird und daß nach Beendigung des Startimpulses der voreingestellte Schweißstrom an die Elektrode angelegt wird. Vorteilhaft ist bei dieser Lösung das durch das Einstellen des Durchmessers der Elektrode der Startimpuls in Abhängigkeit des Elektrodendurchmessers errechnet wird, wodurch nach dem Zünden des Lichtbogens die Elektrode während des Startimpulses auf die Betriebstemperatur erwärmt wird und dadurch zu einer stabilen Zündung des Lichtbogens mit einer minimalen Elektrodenbelastuhg führt.

Es ist aber auch ein Vorgehen nach Patentanspruch 2 möglich, wodurch bei zu kleiner oder keiner Einstellung des Elektrodendurchmessers nach dem Erlöschen des Lichtbogens am Beginn des Schweißprozesses automatisch ein neuer Startimpuls verrechnet und ausgesendet wird, der einen höheren Strom- und Zeitwert als der zuletzt ausgesendete Startimpuls aufweist. Durch das Aussenden eines neuen bzw. weiteren Startimpulses wird rasch ein stabiler Lichtbogen erzielt. Dies hat eine erhebliche Zeiteinsparung bei einer minimalen Belastung der Elektrode zur Folge hat, da der Schweißstrom nicht vom Bediener verändert werden muß.

Vorteilhaft sind weiters die Maßnahmen nach Patentanspruch 3, da dadurch jene Wärmeenerige, die in der Elektrode bei einer kurzen Pause zwischen zwei Schweißprozessen noch vorhanden ist, berücksichtigt wird und damit die zugeführte Energie zum neuerlichen Starten des Lichtbogens darauf abgestimmt werden kann. Dadurch kann eine Überhitzung der Elektrode beim Zündvorgang und damit einer Zerstörung der Spitze der Elektrode bzw. der Spitzenausbildung der Elektrode zuverlässig verhindert werden. 2

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Vorteilhaft sind auch die Maßnahmen nach Patentanspruch 4, da durch die Erhöhung des Stromes und gegebenenfalls der Zeitdauer das Ende der Elektrode in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt wird, wodurch eine halbkugelförmige Ausbildung des Endes der Elektrode erreicht wird, ohne dabei der eingestellte Schweißstrom zu verändern ist. Dadurch ist eine Automatisierung dieses Vorganges und daher eine Einsparung des hohen Zeitaufwandes, der beim Verändern der Schweißparameter entsteht möglich. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Grundwerkstoff nicht aus Kupfer besteht muß, sondern das Werkstück als Grundwerkstoff verwendet werden kann.

Es ist aber auch ein Vorgehen nach Patentanspruch 5 möglich, wodurch bei nicht eingestelltem Durchmesser der Elektrode ein automatisches Starten der Hochlaufphase ermöglicht wird.

Mit dem Verfahrensablauf nach Patentanspruch 6 ist es möglich, verschiedene Startimpulse in den Mikroprozessor zu laden, wodurch die Zeit für die Errechnung des Startimpulses verringert werden kann.

Es ist aber auch ein Vorgehen nach Patentanspruch 7 von Vorteil, da dabei eine Zerstörung der Elektrode verhindert werden kann.

Wird gemäß Patentanspruch 8 der Durchmesser der Elektrode automatisch festgestellt, so ist es möglich, unabhängig von jeder Tätigkeit einer Bedienungsperson jeweils die richtige Größe des Startimpulses vollautomatisch festzulegen.

Vorteilhaft ist schließlich auch ein Vorgehen nach Patentanspruch 9, da dadurch die zugeführte Energiemenge einfach an das rasch wachsende Volumen der Elektrode auch bei geringen Durchmesseränderungen einfach angepaßt werden kann und somit ausreichende Wärmeenergie zur stabilen Zündung und weiteren Aufrechterhaltung des Lichtbogens der Elektrode erreicht werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für ein Schweißgerät in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zur Zündung eines Lichtbogens und zur kugelförmigen Ausbildung des Endes einer Elektrode in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem ein mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzeugter Schweißstromverlauf eingezeichnet ist;

Fig. 4 ein Diagram, in dem ein mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzeugter anderer Schweißstrom verlauf dargestellt ist;

Fig. 5 ein Diagramm, in dem ein mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzeugter weiterer Schweißstromverlauf dargestellt ist;

Fig. 6 ein Schaubild einer mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzeugten kugelförmigen Endenausbildung einer Elektrode;

Fig. 7 ein weiteres Schaubild einer mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzeugten kugelförmigen Endenausbildung einer Elektrode.

In Fig. 1 ist ein Spannungsversorgungsnetz 1 gezeigt, daß aus einem Phasenleiter 2 und einem Nulleiter 3 z.B. des Netzes eines Elektroversorgungsunternehmens oder eines mobilen Stromgenerators besteht.

Am Spannungsversorgungsnetz 1 ist eine Inverterstromquelle 4 über Zuleitungen 5,6 angeschlossen. Über die Inverterstromquelle 4 wird ein Verbraucher 7, z.B. ein Schweißgerät 8, schematisch durch eine Schweißpistole 9 dargestellt, zum Bearbeiten eines Werkstückes 10 über Leitungen 11,12 mit dem positiven und negativen Potential versorgt. Die Schweißpistole 9 weist eine Elektrode 13 zum Zünden eines Lichtbogens 14 in einer durch ein Schutzgas 15 gebildeten Atmosphäre auf. Weiters ist an einem Griff 16 der Schweißpistole 9 eine Schaltvorrichtung 17 angeordnet.

Zur Steuerung der Inverterstromquelle 4 ist an deren Steuereingängen 18 über Steuerleitungen 19,20, eine Steuervorrichtung 21 angeschlossen. Die Steuervorrichtung 21 ist über Leitungen 22,23 mit einer Eingabevorrichtung 24 und einer Ausgabevorrichtung 25 verbunden.

Mit der Eingabevorrichtung 24 werden der Steuervorrichung 21 bestimmte Einstellungen, wie z.B. die Höhe des Schweißstromes, das Tastverhältnis für positive und negative Halbwellen und der Durchmesser der Elektrode 13 vorgegeben, die an der Ausgabevorrichtung 25 angezeigt und in der Steuervorrichtung 21 verarbeitet werden. Weiters wandelt die Steuervorrichtung 21 die von der Eingabevorrichtung 24 eingegebenen Parameter zum Ansteuern der Inverterstromquelle 4 um und steuert damit die Inverterstromquelle 4 über die Steuerleitungen 19,20 an. Dabei wird über die Steuerleitung 19 der Parameter für den Schweißstrom und über die Steuerleitung 20 das Tastverhältnis für die positiven und/oder negativen Halbwellen durch die Zeitdauer für die positive oder die negative Halbwelle übergeben. 3

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Die Inverterstromquelle 4 wandelt die von dem Spannungsversorgungsnetz 1 gelieferte Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Nach dem Gleichrichten der Wechselspannung vom Spannungsversorgungsnetz 1 wird die Spannung in der Inverterstromquelle 4 wieder zerhackt. So werden z.B. durch Pulsbreitenmodulation entsprechend den Parametern in der Steuervorrichtung 21 Ausgangsstromimpulse hergestellt, welche über die Leitungen 11,12 der Schweißpistole 9 zugeführt werden.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 21 und in den Fig. 3,4,5 sind in den Diagrammen mögliche Verläufe des Schweißstromes 26 dargestellt- Bei den Diagrammen ist auf der Ordinate der Strom A und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen. Die in diesen Diagrammen in vollen Linien dargestellte Kennlinie zeigt den Verlauf des Schweißstromes 26 am Ausgang der Inverterstromquelle 4.

Die Steuervorrichtung 21 weist dabei eine Rechnereinheit 27 auf. Die Rechnereinheit 27 besteht in diesem Ausführungsfall aus einem Rechner 28 der bevorzugt aus einem Mikroprozessor 29 in einem Industrie-PC oder einer selbstprogrammierbaren Steuerung oder einer konventionellen analogen oder digitalen Steuerung gebildet ist. An einem Eingang des Mikroprozessors 29 ist über die Leitung 22 die Eingabevorrichtung 24 angeschlossen. Die Eingabevorrichtung 24 kann durch eine Tastatur oder durch jegliche andere Arten von Eingabemöglichkeiten z.B. Potentiometern gebildet sein. Weiters ist der Mikroprozessor 29 mit der Ausgabevorrichtung 25, die als Displayanzeige oder als Bildschirm ausgebildet sein kann, über die Leitung 23 verbunden.

An weiteren Ein- und Ausgängen des Mikroprozessors 29 ist über ein Bussystem 30, das aus Adress-und Datenleitungen besteht ein Speicher 31 angeschlossen. An einem Ausgang des Mikroprozessors 29 ist über eine Leitung 32 ein Hochfrequenzgenerator 33 angeschlossen. Der Ausgangs des Hochfrequenzgenerators 33 ist über eine Steuerleitung 34 mit einem Eingang der Inverterstromquelle 4 verbunden. Ein weiterer Ausgang des Mikroprozessors 29 ist über die Steuervorrichtung 21 mit der Inverterstromquelle 4 verbunden.

Eine Vorrichtung 35 zur Festlegung eines Stromsollwertes, die aus einem Digitalanalogwandler gebildet sein kann, wird über eine Leitung 36 mit mehreren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Leitungen vom Mikroprozessor 29 angesteuert. Ein Ausgang der Vorrichtung 35 ist über die Steuerleitung 19 mit der Inverterstromquelle 4 verbunden. Über Leitungen 37,38 wird dem Mikroprozessor 29 von einer Meßvorrichtung 39 der Strom- und/oder Spannungs-Istwert übermittelt. Über die Leitung 11 und eine Leitung 40 ist die in Fig. 1 dargestellte Schweißpistole 9 zur Versorgung mit Strom und Spannung an der Inverterstromquelle 4 angeschlossen, wobei in der Leitung 40 ein Shunt 41 zum Messen des Ist-Stromes angeordnet ist. Der Ist-Strom wird über die Stromleitungen 42,43 der Meßvorrichtung 39 für den Strom-Istwert zugeführt. Weiters wird die Spannung an der Schweißpistole 9 über die Steuerleitung 44 abgegriffen und der Meßvorrichtung 39 zugeführt.

Die Schaltvorrichtung 17 wird durch Schalter 45,46 gebildet, wobei zum Aktivieren eines Steuerungsablaufes zum Herstellen eines kugelförmigen Verlaufs am Ende der Elektrode 13 der Schalter 45 und für die Zündung des Lichtbogens 14 der Schalter 46 angeordnet ist. Die Eingänge der Schalter 45, 46 werden über eine Leitung 47 vom Mikroprozessor mit Strom und Spannung versorgt. Die Ausgänge der Schalter 45, 46 sind über Leitungen 48, 49 mit einem Eingang des Mikroprozessors 29 verbunden.

Wird nun die Steuervorrichtung 21 in Betrieb genommen, so können über die Eingabevorrichtung 24 die Parameter für die Höhe des Schweißstromes und gegebenenfalls die Zeitdauer für die positive oder negative Halbwelle und/oder der Durchmesser der Elektrode 13, welche sich in der Schweißpistole 9 befindet, getrennt eingestellt werden. Wird in der Eingabevorrichtung 24 nichts eingestellt, so ladet der Mikroprozessor 29 vom Speicher 31 eine Grundeinstellung in seinen Hauptspeicher und zeigt dies an der Ausgabevorrichtung 25 an. Dabei ist es jedoch möglich die Grundeinstellung, die der Mikroprozessor 29 in seinem Hauptspeicher geladen hat, über die Eingabevorrichtung 24 zu verändern.

Sind die Änderungen der Standardeinstellung abgeschlossen oder werden diese unverändert beibehalten, so sendet der Mikroprozessor 29 ein dem vorgewählten Stromsollwert entsprechendes Signal über die Leitung 36 an den Vorrichtung 35. Die Vorrichtung 35 gibt ausgehend von dem digitalen Signal für den Stromsollwert des Mikroprozessors 29 einen analogen Stromsollwert vor und steuert über die Steuerleitung 20 die Inverterstromquelle 4 an. Weiters beaufschlagt der Mikroprozessor 29 die Steuervorrichtung 21 mit einem Signal, wodurch die Inverterstromquelle 4 erkennen kann, daß der Stromsollwert zur Erzeugung für die positiven Halbwelle verwendet werden soll. Zur Erzeugung der negativen Halbwelle des Schweißstromes 26 nimmt der Mikroprozessor 29 ebenfalls das Signal von der Steuerleitung 20, wodurch die Inverterstromquelle 4 erkennen kann, daß der über die Steuerleitung 20 bereit gestellte Stromsollwert von der Vorrichtung 35 für die negative Halbwelle bestimmt ist. Dies hat den Vorteil, daß bei gleichbleibendem Schweißstrom 26 der Stromsollwert nicht ständig verändert werden muß, da durch Beaufschlagung der Steuerleitung 20 mit einem Signal vom Mikroprozessor 29 die Inverterstromquelle 4 erkennen kann, daß der Stromsollwert für die positive und/oder negative Halbwelle verwendet werden muß. 4

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Da jedoch noch keine Zündung des Lichtbogens 14 an der Schweißpistole 9 erfolgte, liegt an den Leitungen 11 und 40 die Leerlaufspannung der Inverterstromquelle 4 an. Das Signal für den Stromsollwert liegt jedoch bereits an der Inverterstromquelle 4 an und würde bei einem Zünden des Lichtbogens 14 die Elektrode 13 sofort von der Inverterstromquelle 4 mit dem eingestellten Strom versorgt werden. Um den Lichtbogen 14 zu zünden muß der Schalter 46 der Schaltvorrichtung 17 betätigt werden. Durch das Betätigen des Schalters 46 wird dem Mikroprozessor 29 über die Leitung 48 mitgeteilt, daß eine Zündung des Lichtbogens 14 erfolgen soll. Daraufhin steuert der Mikroprozessor 29 über die Leitung 32 den Hochfrequenzgenerator 33 mit einem Steuersignal an. Der Hochfrequenzgenerator sendet über die Steuerleitung 34 ein Hochspannungssignal mit einer Frequenz von z.B. 1 MHz an die Inverterstromquelle 4. Durch das Übersenden des Signals vom Hochfrequenzgenerator 33 wird die Leerlaufspannung die an den Leitungen 11 und 40 anliegt mit der Frequenz des Signals vom Hochfrequenzgenerator 33 überlagert, wodurch an der Elektrode 13 eine Hochspannungsimpuls mit einer Frequenz von 1 MHz entsteht.

Wird nun die Schweißpistole 9 in die Nähe des Werkstückes 10 gebracht, so wird der Lichtbogen 14 durch die Überlagerung des Hochfrequenzsignales gezündet. Gleichzeitig mit dem Zünden des Lichtbogens 14 beaufschlagt die Inverterstromquelle 4 die Leitungen 11 und 40 mit dem voreingestellten Strom, wodurch die Leerlaufspannung auf die Betriebsspannung absinkt und der eingestellte Strom über die Elektrode 13 fließt.

Durch die Anordnung des Shunts 41 erfaßt die Meßvorrichtung 39 über die Stromleitungen 42,43 den tatsächlich gelieferten Strom an der Elektrode 13 und wandelt den analogen Ist-Stromwert in einen digitalen Ist-Strom wert um. Nach dem Umwandeln in den digitalen Ist-Stromwert wird dieser über die Leitung 37, die wiederum mehrere Leitungen 37 umfaßt und jedoch übersichtshalber nur eine Leitung 37 dargestellt ist, an den Mikroprozessor 29 übersendet. Durch das Erfassen des Stromflusses in den Leitungen 11 und 40 kann der Mikroprozessor 29 erkennen, daß der Lichtbogen 14 gezündet wurde.

Um den Lichtbogen 14 möglichst rasch zu stabilisieren und ungestört nach dem Zünden aufrecht zu erhalten, wird sofort nach dem Zünden des Lichtbogens 14 und noch bevor die Beaufschlagung der Elektrode 13 mit den positiven bzw. negativen Halbwellen des zerhackten Gleichstroms mit dem voreingestellten Schweißstroms 26 erfolgt, die Elektrode 13 mit einem positiven Startimpuls 50 beaufschlagt, dessen Strom höher oder kleiner ist als der eingestellte Schweißstrom 26 und eine vorbestimmbare Zeitdauer aufweist, die üblicherweise größer ist, als die Zeitdauer der nachfolgenden an der Elektrode 13 anliegenden Startimpulse 50. Durch die unmittelbar nach dem Zünden genau definierte Energiemenge wird die Temperatur der Elektrode 13 zu Beginn des Schweißvorganges kurzfristig so stark erhöht, daß ein stabiler Lichtbogen 14 aufgebaut werden kann.

Dieser positive Startimpuls 50 der unmittelbar nach dem Zünden des Lichtbogens 14 von der Steuervorrichtung 21 ausgesandt wird, ist im Diagramm in Fig. 3 dargestellt und erstreckt sich zwischen Zeitpunkten 51 und 52.

Die Festlegung der Zeitdauer und des Stroms 53 im Startimpuls 50 erfolgt in Abhängigkeit von einem Durchmesser der Elektrode 13, da die der Elektrode 13 zuzuführende Energiemenge zum Erwärmen derselben von der Masse bzw. dem Volumen der Elektrode 13 abhängig ist und damit bei einer dicken Elektrode 13 eine höhere Energie benötigt wird, als bei einer dünnen Elektrode 13.

Nachdem über die Zeitdauer des Startimpulses 50 der erhöhte Strom zum stärkeren Erwärmen der Elektrode 13 über diese hinweg geführt wurde, wird mit dem Mikroprozessor 29 der Strom auf den eingestellten Schweißstrom 26 abgesenkt, in dem von der Vorrichtung 35 Festlegung eines Strom-Sollwertes ein z.B. niederer Strom-Sollwert vorgegeben wird, sodaß der Schweißstrom 26 an der Elektrode 13 verringert wird. Daraufhin wird nun je nach der Form der vorgegebenen positiven und negativen Halbwellen unter Kontrolle durch den Mikroprozessor 29, insbesondere durch den Vergleich des Ist-Stromwertes mit dem Soll-Stromwert festgestellt, ob an der Elektrode 13 genügend Schweißstrom 26 zum Aufrechterhalten des Lichtbogens 14 zur Verfügung steht.

Wann nun beispielsweise die im Zuge des positiven Startimpulses 50 an die Elektrode 13 zugeführte Energie zu gering ist, um diese soweit zu erhitzen, daß eine kontinuierliche Aufrechterhaltung des Lichtbogens 14 und die Herstellung eines ausreichenden Schweißbades und des Abschmelzens des Zusatzmaterials sichergestellt ist, so wird der Lichtbogen 14 nach kurzer Zeit, also nur wenigen weiteren Stromimpulsen, mit einem dem eingestellten Strom-Sollwert entsprechenden Stromfluß der Lichtbogen 14 wieder erlöschen. Dieser Zustand tritt vor allem dann ein, wenn am Beginn des Schweißprozesses, beispielsweise der Durchmesser der Elektrode 13 überhaupt nicht oder zu klein eingestellt wurde. In diesem Fall hatte der Mikroprozessor 29 keine entsprechenden Vorgabewerte und geht nun davon aus, daß die Elektrode 13 für den eingestellten Schweißstrom 26 den kleinstmöglichen Durchmesser aufweist. In diesem Fall reicht also die dann im Startimpuls 50 zur Verfügung gestellte Energie nicht aus, um eine ausreichende Erwärmung der Elektrode 13 zum Zeitpunkt 54 in Fig. 4 zu erzielen, wodurch der Lichtbogen 5

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Der Mikroprozessor 29 kann das Erlöschen des Lichtbogens 14 durch die ständige Überwachung des Ist-Stromwertes mittels der Meßvorrichtung 39 erkennen, da diese über die Leitung 37 keinen Iststromwert an den Mikroprozessor 29 übersendet, wodurch der Mikroprozessor 29 feststellen kann, daß der Lichtbogen 14 an der Elektrode 13 erloschen ist. Nachdem der Mikroprozessor 29 erkannt hat, daß kein Lichtbogen 14 mehr besteht, sendet der Mikroprozessor 29 einen neuerlichen Startimpuls 56 ab. Dieser Startimpuls 56 bewirkt in der Vorrichtung 35 zur Festlegung des Strom-Sollwertes die Vorgabe eines höheren Strom-Sollwertes für den Startimpuls 56 und gegebenenfalls auch eine längere Zeitdauer dieses Startimpulses 56, wodurch von der Inverterstromquelle 4 ein höherer Ausgangsstrom an der Elektrode 13 gegebenenfalls auch über einen längeren Zeitraum angelegt wird. Gleichzeitig mit dem Aussenden des neuen Startimpulses 56 beaufschlagt der Mikroprozessor 29 die Leitung 32 mit einem Signal, wodurch wiederum der Hochfrequenzgenerator 33 gestartet wird und somit ein neuerliches Zünden des Lichtbogens 14 erfolgen kann.

Erlischt der Lichtbogen 14 nach einigen Schweißperioden wiederum, so sendet der Mikroprozessor 29 abermals einen Startimpuls 57 aus. Dieser Startimpuls 57 bewirkt dann seinerseits, daß die Inverterstromquelle 4 unmittelbar im Anschluß an die über den Hochfrequenzgenerator 33 wiederum bewirkte Zündung des Lichtbogens 14 ein höherer Strom an die Elektrode 13 angelegt wird, also während des Startimpulses 57 und gegebenenfalls auch in diesem Fall wiederum die Zeitdauer, über welche diese erhöhte Strom oder Zeitdauer an der Elektrode 13 anliegt, verlängert wird. Diese Erhöhung des unmittelbar an die hochfrequente Zündung des Lichtbogens 14 erfolgende Energiezufuhr wird solang bei sich ständig erhöhender Energie des Startimpulses 50, 56 und 57 fortgeführt, bis ein stabiler Lichtbogen 14 zwischen der Elektrode 13 und dem Werkstück 10 besteht. In diesem Fall, wenn also der eingestellte Durchmesser der Elektrode 13 den tatsächlichen Durchmesser der Elektrode 13 nicht entspricht bzw. wenn überhaupt kein Durchmesser der Elektrode 13 am Beginn des Schweißvorganges eingestellt wurde, kommt es damit zu einer Selbstanpassung der Schweißvorrichtung an den jeweiligen Betriebszustand, ohne daß von außen her ein Eingriff eines Bedieners erforderlich ist und ohne daß es zu einer erheblichen Störung des Schweißvorganges bzw. einem Aufbau einer unzulässigen Schweißnaht bzw. Schweißverbindung kommt.

Einfacher verläuft die Zünderung des Lichtbogens 14 und die Einleitung des Schweißvorganges dann, wenn vor Beginn des Schweißvorganges der richtige Durchmesser der verwendeten Elektrode 13 eingestellt wird. In diesem Fall wird dann vom Mikroprozessor 29 aufgrund des über die Eingabevorrichtung 24 eingegebenen Durchmessers der Elektrode 13 aus dem Speicher 31 ein Startimpuls 50 ausgewählt, dessen durch die Höhe des Stroms und die Zeitdauer abgegebene Energie ausreicht, um die Elektrode 13 auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Damit wird bereits nach dem erstmaligen Zünden des Lichtbogens 14 dieser stabilisiert und kann im Anschluß an den Zeitpunkt 52 ein stabiler Schweißvorgang eingeleitet werden, wie dieser beispielsweise in dem Diagramm in Fig. 3 dargestellt ist.

Wie weiters anhand des Diagramms in Fig. 3 gezeigt ist, ist es für die Durchführung eines Schweißprozesses mit der beschriebenen Schweißvorrichtung wichtig, daß das Ende der Elektrode 13 kugelförmig bzw. kugelkalottenförmig ausgebildet ist, um eine definierte Position des Lichtbogens 14 zu erhalten.

Ist nämlich das Ende der Elektrode 13 abgebrochen und mit einer zerklüfteten Stirnseite versehen, so kann der Lichtbogen 14 zwischen den verschiedensten Vorsprüngen des abgebrochenen Endes der Elektrode 13 und dem Werkstück 10 entstehen, was zu einem sehr unruhigen Lichtbogen 14 führt, der sehr leicht wieder verlöscht. Es wird daher getrachtet, daß die Elektrode 13 am Beginn des Schweißvorganges an ihrem dem Werkstück 10 zugewandten Ende eine kugelkalottenförmige Ausbildung aufweist. Ist dies nicht der Fall, so ist diese kugelkalottenförmige Ausbildung des Endes der Elektrode 13 vor dem Schweißvorgang herzustellen.

Um diese kugelkalottenförmige Ausbildung eines Endes der Elektrode 13 zu erreichen, kann dazu am Beginn des Schweißvorganges die der Elektrode 13 zugeführte Energie, insbesondere durch einen höheren Strom über die Dauer des Startimpulses 50 zugeführt werden, wobei gleichzeitig auch noch die Zeitdauer des Startimpulses 50 verlängert werden kann, wie dies in Fig. 3 in strichlierten Linien schematisch angedeutet ist.

Diese Erhöhung des Stroms und der Zeitdauer des Startimpulses 50 kann nun dadurch erfolgen, daß vor Beginn des Schweißvorganges dann, wenn eine Elektrode 13 mit abgebrochenem Ende in der Schweißpistole 9 eingespannt ist, der Schalter 45 betätigt wird, sodaß der Mikroprozessor 29 die Höhe des Stroms und die Zeitdauer des Startimpulses 50 errechnet, um eine kugelkalottenförmige Ausbildung des Endes der Elektrode 13 durch einen vorbestimmten Abbrand bzw. eine sehr starke Erhitzung des Endes der Elektrode 13 zu erreichen. Über die Inverterstromquelle 4 wird dann der höhere Strom über die vorbestimmte Zeitdauer der Elektrode 13 zugeführt, sodaß durch das starke Erhitzen des dem Werkstück 10 zugewandten Endes der Elektrode 13 sich kugelkalottenförmig verformt. 6

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Wird der Durchmesser der Eektrode 13 am Beginn des Schweißprozesses zu groß eingestellt, könnte dies zur Zerstörung der Elektrode 13 beim Zünden des Lichtbogens 14 führen. Diese Zerstörung der Elektrode 13 kann durch Überwachung der Spannung an der Elektrode 13 verhindert werden, da die Spannung an der Elektrode 13 während des Startimpulses 50 zu steigen beginnt und diese Steigung der Spannung wird durch ständiges Überwachen durch die Meßvorrichtung 39 erkannt. In diesem Fall wird dann über die Leitung 38 ein Signal an den Mikroprozessor 29 abgesendet, wodurch dieser sofort den Startimpuls 50 beendet und die Inverterstromquelle 4 die Zufuhr des Schweißstromes 26 an die Elektrode 13 sofort unterbricht. Daraufhin lädt der Mikroprozessor 29 einen neuen Startimpuls 50, der dem kleinsten möglichen Durchmesser der Elektrode 13 entspricht, aus dem Speicher 31 und beginnt, wie zuvor beschrieben, mit dem automatischen Anpassen der in den Startimpulsen 50 abgegebenen Energie, bis die ausreichende Erwärmung der Elektrode 13 zum Aufbau eines stabilen Lichtbogens 14 erreicht ist.

Dauert ein Schweißprozeß über eine längere Zeit, wie dies in Fig. 5 vom Zeitpunkt 58 bis zum Zeitpunkt 59 ersichtlich ist und wird der Schweißprozeß am Zeitpunkt 59 unterbrochen, d.h. der Lichtbogen 14 erlischt, so speichert der Mikroprozessor 29 die Zeit vom Erlöschen des Lichtbogens 14 bis zu einer neuerlichen Zündung des Lichtbogens 14. Wird der Lichtbogen 14 kurze Zeit danach z.B. eine Sekunde später, also zum Zeitpunkt 60 wieder gezündet, so errechnet der Mikroprozessor 29 einen neuerlichen Startimpuls 61 für das neuerliche Zünden des Lichtbogens 14 in Abhängigkeit der Zeitdauer zwischen dem Beenden des Schweißprozesses und dem neuerlichen Beginn eines weiteren Schweißprozesses.

Durch das Überwachen der Zeitdauer kann der Mikroprozessor 29 auf die Abkühlung der Elektrode 13 schließen und in Abhängigkeit von der Temperatur der Elektrode 13 einen neuen Startimpuls 61 errechnen, da bei einer kurzen Pause zwischen zwei Schweißprozessen weniger Energie aufgewendet werden muß um ein neuerliches Zünden des Lichtbogens 14 zu ermöglichen als bei einer längeren Pause zwischen zwei Schweißprozessen.

In Fig. 6 sind Elektroden 62 bis 65 mit verschiedensten Enden 66 bis 69 gezeigt, wobei für die Ausbildung der Elektroden 63 bis 65 als Ausgangsform die Elektrode 62 dient. Die Elektroden 62 bis 65 weisen einen maximalen Durchmesser 70 auf.

Bei der Elektrode 62, die in ihrer Ausgangsform gezeigt ist - dies ist auch bei den weiteren Elektroden 63 bis 65 strichliert eingezeichnet - ist ein Endbereich 71 auf eine Spitze 72 geschliffen.

Wird nun bei der Inbetriebnahme der Steuervorrichtung 21 über die Eingabevorrichtung 24 ein Durchmesser 73 für die Elektrode 62 eingegeben und gleichzeitig der Schalter 45 der Schaltvorrichtung 17 betätigt, so sendet der Mikroprozessor 29 eine Startimpuls 50, der für die kugelkalottenförmige Ausbildung des Endes 66 der Elektrode 62 für den eingestellten Durchmesser 73 aus. Wird der Durchmesser 73 kleiner eingestellt als der maximale Durchmesser 70 der Elektrode 13, so wird die Spitze 72 der Elektrode 62 auf den eingestellten Durchmesser 73, wie dies am Ende 67 der Elektrode 63 dargestellt ist, abgeschmolzen.

Durch das Zuschleifen des Endbereiches 71 der Elektrode 62 wird das automatische Hochlaufen auf den maximalen Durchmesser 70 der Elektrode 62 bei zu klein eingestelltem Durchmesser 73 der Elektrode 13 verhindert. Es ist daher möglich bei spitzgeschliffenem Ende 66 der Elektrode 62 in den Endbereich 71 jeden beliebigen Durchmesser für das Elektrodenende einzustellen.

Selbstverständlich ist es möglich, daß bei Verwendung einer Elektrode 63 bei der bereits das Ende 67 auf einen Durchmesser 73 abgeschmolzen ist, durch Erhöhung des Durchmessers 73 auf einen Durchmesser 74, wie dies an der Elektrode 64 ersichtlich ist, das Ende 67 der Elektrode 63 auf ein Ende 68 der Elektrode 64 zu vergrößern. Diese Vorgangsweise des Erhöhen des Durchmessers 73,74 kann solange erfolgen, bis der maximale Durchmesser 70 der Elektroden 62 bis 65 erreicht ist. Weiters ist es jedoch möglich, daß von der Elektrode 62 durch Einstellen eines Durchmessers 75 der den maximalen Durchmesser 70 der Elektroden 62 bis 65 entspricht, ein sofortiges Abschmelzen der Spitze 72 auf ein kugelfömiges Ende 69 zu erreichen, wie dies an der Elektrode 65 ersichtlich ist.

Wird daher eine Elektrode 62 bis 65 mit einem maximalen Durchmesser 70 in die Schweißpistole 9 eingespannt und in der Eingabevorrichtung 24 ein größerer Durchmesser als der Durchmesser 70 der Elektroden 62 bis 65 eingestellt, so würde dies ein sofortiges Abschmelzen der Spitze 72 der Elektrode 62 auf ein kugelförmiges Ende 69 der Elektrode 65 bewirken.

Der Vorteil des Zuschleifens des Endes 66 bis 69 der Elektroden 62 bis 65 liegt darin, daß bei einer Elektrode 62 bis 65 mit einem Durchmesser 70 durch Einstellung kleinerer Durchmesser 73,74 Elektroden mit einem maximalen Durchmesser die den Durchmessern 73, 74 entsprechen, simuliert werden können und daher ein Umbauen der Schweißpistole 9 von einer Elektrode 62 bis 65 auf eine Elektrode mit kleinerem Durchmesser vermieden wird.

In Fig. 7 ist die Elektrode 62 und 65, wie sie in der Fig. 6 verwendet wurden, mit einem anderem Ende 76 und 77 gezeigt. Dabei wird wieder die Elektrode 62 als Ausgangsform für die Elektrode 65 verwendet. 7

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Die Elektroden 62 und 65 weisen einen maximalen Durchmesser 70 auf. Das Ende 76 der Elektrode 62 ist dabei nicht spitz, wie in Fig. 6 beschrieben, zugeschliffen, sondern wurde willkürlich abgebrochen. Durch das Abbrechen der Elektrode 62 kann durch Einstellung eines kleineren Durchmessers, wie zuvor in Fig. 6 beschrieben, keine Elektrode mit einem geringerem Durchmesser des Endes simuliert werden. Würde hier in der Eingabevorrichtung 24 ein kleinerer Durchmesser als der Durchmesser 70 der Elektrode 62 eingestellt, so würde der Mikroprozessor 29 durch Aussendung des Startimpulses 50 keinen stabilen Lichtbogen 14 während des Startimpulses 50 erreichen und somit die Hochlaufphase bis zum Erreichen einen stabilen Lichtbogen 14 durchlaufen. Hat der Mikroprozessor 29 die Hochiaufphase abgeschlossen, so wird das Ende 76 der Elektrode 62 kugelförmig ausgebildet sein, wie dies das Ende 77 an der Elektrode 65 in Fig. 7 zeigt.

Wird jedoch beim Beginn des Schweißprozesses an der Eingabevorrichtung 24 ein Durchmesser 78, der dem Durchmesser 70 der Elektrode 65 entspricht, eingestellt, so errechnet der Mikroprozessor 29 den dafür vorgesehenen Startimpuls 50, wodurch ein stabiler Lichtbogen 14 während des Startimpulses 50 erreicht wird.

Selbstverständlich ist es möglich, daß der Durchmesser der Elektrode 13 und 63 bis 65 in der Schweißpistole 9 automatisch ermittelt wird und über Leitungen den Mikroprozessor 29 übergeben wird, wodurch dieser automatisch den richtigen Startimpuls für den jeweiligen Durchmesser der Elektrode 13 und 63 bis 65 errechnen können.

Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich Schaltungsdetails bzw. die dargestellten Einzelschaltungsteile im Rahmen des fachmännischen Könnens durch andere aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsteile zu ersetzen und so können auch einzelne Baugruppen der Schaltung für sich eigenständige, erfindungsgemäße Lösungen bilden.

Desweiteren wird darauf hingewiesen, daß es sich bei den dargestellen Schaltungsbildern um schematische, vereinfachte Blockschaltbilder handelt, in welchen einzelne Schaltungsdetails, wie z.B. zur Stabilisierung der Spannung bzw. zur Vermeidung von Kurzschlüssen nicht dargestellt sind.

Bezugszeichenaufstellung 1 Spannungsversorgungsnetz 2 Phasenleiter 3 Nulleiter 4 Inverterstromquelle 5 Zuleitung 6 Zuleitung 7 Verbraucher 8 Schweißgerät 9 Schweißpistole 10 Werkstück 11 Leitung 12 Leitung 13 Elektrode 14 Lichtbogen 15 Schutzgas 16 Griff 17 Schaltvorrichtung 18 Steuereingang 19 Steuerleitung 20 Steuerleitung 21 Steuervorrichtung 22 Leitung 23 Leitung 24 Eingabevorrichtung 25 Ausgabevorrichtung 26 Schweißstrom 27 Rechnereinheit 28 Rechner 29 Mikroprozessor 30 Bussystem 8

Claims (9)

1. AT 402 035 B 31 Speicher 32 Leitung 33 Hochfrequenzgenerator 34 Steuerleitung 35 Vorrichtung 36 Leitung 37 Leitung 38 Leitung 39 Meßvorrichtung 40 Leitung 41 Shunt 42 Stromleitung 43 Stromleitung 44 Spannungsleitung 45 Schalter 46 Schalter 47 Leitung 48 Leitung 49 Leitung 50 Stromimpuls 51 Zeitpunkt 52 Zeitpunkt 53 Strom 54 Zeitpunkt 55 Zeitpunkt 56 Startimpuls 57 Startimpuls 58 Zeitpunkt 59 Zeitpunkt 60 Zeitpunkt 61 Startimpuls 62 Elektrode 63 Elektrode 64 Elektrode 65 Elektrode 66 Ende 67 Ende 68 Ende 69 Ende 70 Durchmesser 71 Endbereich 72 Spitze 73 Durchmesser 74 Durchmesser 75 Durchmesser 76 Ende 77 Ende 78 Durchmesser Patentansprüche 1. Verfahren zum AC-WIG-Schweißen, bei dem vor dem Zünden des Lichtbogens ein vorbestimmbarer Schweißstrom eingestellt und an eine positiv gepolte Elektrode aus Wolfram ein Hochspannungsimpuls angelegt wird, wodurch es zu einer hochfrequenten Zündung des Lichtbogens zwischen der Elektrode und einem Werkstück kommt und daß durch Verändern der Parameter, insbesondere die Höhe des Stroms und die Kurvenform für den Schweißprozeß das Elektrodenende einen schmelzflüssigen Zustand erreicht, wodurch eine halbkugelförmige Ausbildung des Elektrodenendes erreicht wird und daß nach der Zündung des Lichtbogens, der anhand der voreingestellten Parameter ermittelte Schweiß- 9 AT 401 035 B ström für den Schweißprozeß an die Elektrode angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser der Elektrode vorgegeben oder eingestellt wird, worauf in Abhängigkeit von diesem Durchmesser der Elektrode ein Stromwert und eine Zeitdauer für einen Startimpuls ermittelt wird und daß nach der hochfrequenten Zündung des Lichtbogens der Startimpuls an die Elektrode angelegt wird und daß nach Beendigung des Startimpulses der voreingestellte Schweißstrom an die Elektrode angelegt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterbrechung des Lichtbogens innerhalb einer voreinstellbaren Zeitdauer nach einem Startimpuls ein neuer Stromwert und eine Zeitdauer für einen weiteren Startimpuls errechnet wird, wobei der Stromwert und/oder die Zeitdauer gegenüber den unmittelbar vorhergehenden Startimpuls erhöht wird, worauf eine hochfrequente Zündung erfolgt und unmittelbar darauf der vorher errechnete Startimpuls an die Elektrode angelegt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Schweißdauer zwischen einem diesem unmittelbar vorhergehenden Startimpuls und einer Unterbrechung des Schweißprozesses nach Unterbrechung ein neuer Startimpuls festgelegt wird, dessen Stromwert und/oder Zeitdauer in Abhängigkeit von der vorher festgestellten Schweißdauer und der Schweißpause geringer ist als der unmittelbar zuvor ausgesendete Startimpuls.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Abgabe eines Startimpulses dessen Stromwert und Zeitdauer gegenüber dem Stromwert und der Zeitdauer des Startimpulses, die für den Durchmesser der Elektrode errechnet wurden, für eine halbkugelförmige Ausbildung des Endes der Elektrode, insbesondere proportional zum Durchmesser der Elektrode erhöht wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter für den Startimpulse in einem Speicher als digitaler Wert hinterlegt werden und als Grundeinstellung bei der Inbetriebnahme der Steuervorrichtung in den Mikroprozessor geladen werden.
6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher die Parameter der Startimpulse für verschiedene Durchmesser gespeichert sind.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Elektrode anliegende Spannung zumindest während des Startimpulses überwacht und bei einem Überschreiten der für den Schweißvorgang vorgewählten Spannung der Startimpuls abgebrochen wird.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Startimpulses ausgehend von einer vorhergehenden automatischen Feststellung des Durchmessers der Elektrode erfolgt.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung des Stromwertes und der Zeitdauer des Startimpulses, z.B. exponentiell zur Vergrößerung des Durchmessers erfolgt. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 10