AT516636A1

AT516636A1 - Brenner für ein Schweißgerät

Info

Publication number: AT516636A1
Application number: ATA50940/2014A
Authority: AT
Inventors: Peter Lattner; Uwe Kroiss; Wolfgang Kruglhuber; Thomas Rauch
Original assignee: Fronius Int Gmbh
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-07-15
Also published as: CN105710503A; US10427236B2; CN105710503B; US20160175975A1; DE102015210741A1; AT516636B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren und einen Brenner (1) für ein Schweißgerät mit einer nicht abschmelzenden Elektrode (2), einer Drahtzuführungsvorrichtung (3) für einen Schweißdraht (4), und einer Stromeinbringungsvorrichtung (5) zur Einbringung eines elektrischen Heizstroms in den zugeführten Scheißdraht (4). Die Drahtzuführungsvorrichtung (3) ist in zwei Vorschubrichtungen betätigbar, und eine von der Stromeinbringungsvorrichtung (5) auf den Schweißdraht (4) angelegte elektrische Spannung ist zum Zünden eines Zündlichtbogens (6) zwischen der Schweißdrahtspitze (7) und dem Werkstück (8) regelbar.

Description

Brenner für ein Schweißgerät

Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Schweißgerät mit einer nicht abschmelzenden Elektrode, einer Drahtzuführungsvorrichtung für einen Schweißdraht, und einer Stromeinbringungsvorrichtung zur Einbringung eines elektrischen Heizstroms in den zugeführten Scheißdraht, sowie ein Schweißverfahren mit einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Schweißdraht als Zusatzwerkstoff.

Vorrichtungen zum WIG-/TIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen/Tunsten-Inertgas-Welding) weisen einen Brennerkopf mit einer nicht abschmelzenden Elektrode aus einem Wolfram-Material auf, wobei zwischen der Elektrode und dem Werkstück ein Lichtbogen aufgebaut wird (Primärlichtbogen), der durch ein Schutzgas (Inertgas) vor dem Kontakt mit Atmosphärengasen geschützt wird. Beim WIG-/TIG-Schweißen kann sowohl mit, als auch ohne Zusatzwerkstoff gearbeitet werden. Bei Verwendung eines Zusatzwerkstoffs wird dieser üblicher Weise als Stab oder Draht per Hand oder über einen Vorschubantrieb in das vom Primärlichtbogen gebildete Schmelzbad stetig vorgeschoben, während der Brenner entlang der Schweißnaht vorwärts bewegt wird, und sich eine Schweißraupe ausbildet.

Beim sogenannten Heißdrahtverfahren wird der zugeführte Schweißdraht im Bereich der Brennerspitze erwärmt, was durch das verbesserte Schmelzverhalten des Zusatzmaterials zu einer qualitativeren Schweißnaht führt. Die Erwärmung des Schweißdrahts erfolgt über eine Stromeinbringungsvorrichtung im Brenner. Solange zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück ein Kurzschluss hergestellt ist, fließt der über die Stromeinbringungsvorrichtung eingebrachte Heizstrom durch das vordere Ende des Schweißdrahts und erwärmt diesen durch ohm’sche Erwärmung. Dabei kann der Heizstrom nur fließen, solange die Schweißdrahtspitze entweder direkt oder über das Schweißbad mit dem Werkstück kurzgeschlossen ist. Wenn der Schweißdraht jedoch zu stark erwärmt wird, kann es Vorkommen, dass die Schweißdrahtspitze zu schnell schmilzt und ein Tropfen abtropft, sodass der Kurzschluss unterbrochen wird. Durch den schlagartig erhöhten Widerstand kann die Spannung im Schweißdraht stark ansteigen, und sich ein Lichtbogen (der auch als „Störlichtbogen“ o-der „Fehlerlichtbogen“ bezeichnet wird) zwischen der neuen Schweißdrahtspitze und dem Werkstück bilden. Dies ist sehr unerwünscht, da der Fehllichtbogen einerseits selbst die Qualität der Schweißnaht negativ beeinflusst und andrerseits auch den Verlauf des Primärlichtbogens beeinflussen kann, was als „Are Blow“ oder „Lichtbogenblasen“ bezeichnet wird, und wiederum die Qualität der Schweißnaht mindert.

Um das Abtropfen der Schweißdrahtspitze und ein Lichtbogenblasen zu verhindern, schlägt die US2002/0117489 vor, die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahts mit dem Heizstromfluss zu koordinieren und einen Spannungsbegrenzer vorzusehen, um die Ausbildung eines Fehlerlichtbogens zu vermeiden.

Ein weiteres Problem beim WIG-/TIG-Schweißen betrifft die Zündung des Lichtbogens zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstoff (dieser Lichtbogen wird im Zusammenhang mit der gegenständlichen Beschreibung als „Primärlichtbogen“ bezeichnet). Der Primärlichtbogen wird in der Regel mit einem Hochspannungsimpuls gezündet, der Störungen in der Steuerelektronik von Robotern bzw. automatisierten Anlagen verursachen kann. Beim sogenannten „Lift-Arc“ wird mit der Elektrode zur Zündung des Lichtbogens kurz das Werkstück berührt, und die Elektrode dann wieder ein Stück weit weggezogen. Lift-Arc ist jedoch bei automatisierten Anwendungen für das WIG-/TIG-Schweißen in der Regel nicht einsetzbar.

Die WO 2010/082081 A1 offenbart einen Verfahren zur Zündung eines Primärlichtbogens, wobei der Schweißdraht vor dem Zünden bis zum Werkstück vorgeschoben, die Berührung durch den Spannungsabfall einer Messspannung detektiert, danach die Messspannung abgeschaltet, der Schweißdraht mit Heizstrom vorgewärmt und dann der Primärbogen auf herkömmliche Weise gezündet wird.

Der gegenständlichen Erfindung liegt unter Anderem die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Schweißverfahren zu verbessern und die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Weiters ist es ein Ziel der gegenständlichen Erfindung, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ausgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Brenner der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Drahtzuführungsvorrichtung in zwei Vorschubrichtungen betätigbar ist, und bei dem eine von der Stromeinbringungsvorrichtung auf den Schweißdraht angelegte elektrische Spannung zum Zünden eines Zündlichtbogens zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück regelbar ist. Mit diesem Brenner kann durch Berühren des Werkstücks mit der Schweißdrahtspitze, Einschalten eines Zündstroms und Zurückziehen des Schweißdrahts ein Zündlichtbogen zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück gezündet werden. Der Zündlichtbogen ionisiert den Bereich zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück, sodass der Primärlichtbogen ohne den Hochspannungsimpuls, oder mit erheblich geringerer Spannung als bisher erforderlich, gezündet werden kann.

In vorteilhafter Weise kann eine Messeinheit zur Überwachung der am Schweißdraht angelegten Spannung vorgesehen sein. Diese Messeinheit erlaubt eine Detektion, ob zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück ein Kurzschluss hergestellt ist.

In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Stromeinbringungsvorrichtung eine Regelungsvorrichtung zur Regelung des Stromflusses im Schweißdraht aufweisen. Über die Regelungsvorrichtung können sowohl bei der Zündung, als auch beim Schweißvorgang der Zünd- und der Heizstrom geregelt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Drahtzuführungsvorrichtung bei der Zuführung von Schweißdraht während des Schweißens in einer Pilgerschritt-Vorschubbewegung steuerbar sein. Durch die abwechselnde hochdynamische Vor- und Zurückbewegung der Schweißdrahtspitze dringt diese abwechselnd in das Schweißbad ein und zieht sich dann wieder aus diesem zurück. Dabei wird das Schweißbad bei jedem Schritt „umgerührt“ bzw. in Schwingung versetzt, wobei sich eine besonders regelmäßige Schweißraupe ausbildet. Diese hochdynamische Bewegung hat unter anderem einen Einfluss auf das Ausfließverhalten, die Schuppung, die Abschmelzleistung, etc. Dadurch sind viele Faktoren beeinflussbar und können an die unterschiedlichen Anwendungen optimal angepasst werden.

BevorzugterWeise kann in einer vorteilhaften Ausführungsform die Regelungsvorrichtung den von der Stromeinbringungsvorrichtung eingebrachte Stromfluss mit der Pilgerschritt-Vorschubbewegung koordinieren. Dadurch werden unerwünschte Arc-Blow-Effekte oder Störlichtbögen vermieden, während eine effiziente Vorwärmung des Schweißdrahtes sichergestellt werden kann.

In vorteilhafter Weise kann dabei die Regelungsvorrichtung bei der Koordination des Stromflusses ein über die Messeinheit ermitteltes Kurzschlusssignal berücksichtigen. Dies erlaubt es, die Stromregelung sehr genaue und automatisiert auf die Abfolge der Kurzschlussphasen abzustimmen.

Die erfindungsgemäßen Vorteile werden weiters durch ein Schweißverfahren erzielt, das zur Zündung eines Primärlichtbogens zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode eines Brenners eines Schweißgeräts und einem Werkstück die folgenden Schritte aufweist: Herstellen eines Kurzschlusses zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück, Einstellen eines Zündstroms im Schweißdraht, Abheben des Schweißdrahts vom Werkstück zum Zünden eines Zündlichtbogens zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück, und Zünden des Primärlichtbogens im vom Zündlichtbogen ionisierten Bereich.

Zur Detektion des Kurzschlusses zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück kann in vorteilhafter Weise eine Messspannung an den Schweißdraht angelegt werden. Dadurch kann die Vorschubbewegung auf einfache Weise geregelt werden.

In vorteilhafter Weise kann der Schweißdraht vor dem Einstellen des Zündstroms von einem Heizstrom vorgewärmt werden, wodurch eine gleichmäßige Ausbildung der Schweißraupe von Beginn an gewährleistet wird.

Das Abheben des Schweißdrahts kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch eine quer oder schräg zur Drahtachse verlaufende Bewegung, eine Schwenkbewegung des Schweißdrahtes oder eine Kombination daraus. Bevorzugter Weise kann das Abheben mit einer Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes durchgeführt werden. Somit ist keine eigene Schwenk- oder Abhebevorrichtung erforderlich, da die Abhebebewegung durch die Drahtzuführungsvorrichtung bewirkt werden kann.

Nach dem Zünden des Primärlichtbogens kann der Schweißdraht in einer Pilgerschritt-Vorschubbewegung zugeführt werden, wobei das Schweißbad von der Schweißdrahtspitze in Bewegung bzw. Schwingung versetzt wird. Dadurch kann sich eine besonders gleichmäßige und qualitativ hochwertige Schweißraupe ausbilden.

Dabei kann in vorteilhafter weise der Heizstrom mit der Pilgerschritt-Vorschubbewegung koordiniert aktiviert und deaktiviert werden, wodurch Arc-Blow-Effekte und Störlichtbögen vermieden werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform können Änderungen der Parameter für Vorschubzeiten und/oder Rückzugszeiten und/oder Vorschubgeschwindigkeiten und/oder Heizstrom während der Pilgerschritt-Vorschubbewegung auf Basis einer Messung des Eintretens und Lösens eines Kurzschlusses zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück geregelt werden. Dies verringert die Anzahl der von der Bedienperson einzustellenden Parameter.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Übersicht über die Elemente eines Schweißgerätes, mit dem die Erfindung umgesetzt wird,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des mit einem erfindungsgemäßen Brenners durchgeführten Zündvorgangs,

Fig. 3 ein Diagramm der Strom- und Spannungsverläufe bei der Zündung des Primärlichtbogens, und

Fig. 4 ein Diagramm der Pilgerschritt-Vorschubbewegung und des dabei in den

Schweißdraht eingebrachten Heizstroms.

Fig. 1 zeigt die für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Elemente eines Schweißgeräts, wobei der Brenner 1 und die Elektroeinheit 13 im Allgemeinen baulich getrennte Einheiten darstellen. Der Brenner 1 weist eine nicht abschmelzende Elektrode 2, im Allgemeinen aus Wolfram, und eine Drahtzuführungsvorrichtung 3 für einen Schweißdraht 4 auf. Wie dies durch die Drehpfeile dargestellt ist, kann die Drahtzuführungsvorrichtung 3 den Schweißdraht 4 in beiden Richtungen, also vor (in Richtung Schweißdrahtspitze 7) und zurück (in die entgegengesetzte Richtung) transportieren. Der Scheißdrahtvorrat wird üblicher Weise durch die Drahtzuführungsvorrichtung 3 von einer Rolle (nicht dargestellt) abgewickelt. Alternativ kann der Schweißdraht in Stangenform per Hand zugeführt werden. Der Schweißdraht tritt zur nicht abschmelzenden Elektrode hin aus einer Schweißdrahtführung 14 aus, wobei zwischen der Schweißdrahtführung 14 und dem Werkstück eine ausreichende Distanz vorgesehen ist, um zu vermeiden, dass die Schweißdrahtführung 14 in den Bereich eines Primärlichtbogens 11 zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück 8 gelangt.

Um ein gleichmäßiges und schnelles Abschmelzen der Schweißdrahtspitze 7 zu gewährleisten, wird der Bereich des Schweißdrahtes 4 zwischen der Schweißdrahtzuführung 14 und der Schweißdrahtspitze 7 von einem Heizstrom lH durchflossen, der den Schweißdraht durch ohmsche Erwärmung vorwärmt. Der Heizstrom lH wird im Bereich der Schweißdrahtzuführung 14 in den Schweißdraht 4 eingebracht, wobei der Stromfluss nur gewährleistet ist, solange ein Kurzschluss zwischen der Schweißdrahtspitze 7 und dem Werkstück 8 (entweder durch direkte Berührung oder über das Schweißbad) besteht. Über die Schweißdrahtzuführung 14 kann, wie dies weiter unten eingehender beschrieben wird, auch ein Zündstrom lz in den Schweißdraht 4 eingebracht werden.

Die Elektroeinheit 13 weist eine Stromeinbringungsvorrichtung 5, eine Schweißstromquelle 12, eine Regelungsvorrichtung 9 und eine Messeinheit 10 auf. Die Schweißdrahtzuführung 14 ist an den negativen Pol der Stromeinbringungsvorrichtung 5 angeschlossen und wird über diesen mit dem Heizstrom lH bzw. dem Zündstrom lz versorgt. Der negative Pol der Schweißstromquelle 12 ist mit der nicht abschmelzenden Elektrode 2 verbunden, und versorgt diese mit dem für die Erhaltung des Primärlichtbogens 11 erforderlichen Schweißstrom ls. In diesem Fall ist der positive Pol der Stromeinbringungsvorrichtung 5 und der Schweißstromquelle 9 mit dem Werkstück 8 verbunden. Analog könnten die Pole auch vertauscht sein. Eine Messeinheit 10 misst die Spannung, die an der Schweißdrahtzuführung 14 anliegt, wobei ein Spannungsabfall einen Kurzschluss zwischen Schweißdraht 4 und Werkstück 8 kennzeichnet, und ein Ansteigen der Spannung für eine Unterbrechung des Kurzschlusses kennzeichnend ist. Weiters kann die Messeinheit 10 auch die an der nicht abschmelzenden Elektrode anliegende Spannung messen, etwa um die Zündung und die Integrität des Primärlichtbogens 11 zu überwachen.

Eine Regelungseinheit 9 dient der Steuerung und Koordinierung der einzelnen Elemente der Schweißvorrichtung. Die Regelungseinheit 9 steuert die Stromeinbringungsvorrichtung 5 und die Schweißstromquelle 12. Weiters steuert die Regelungseinheit 9 den Antrieb der Drahtzuführungsvorrichtung 3 und koordiniert diesen mit der Stromeinbringungsvorrichtung 5 und der Schweißstromquelle 12. Die von der Regelungseinheit 9 ausgeführten Regelungsverfahren sind im Fachbereich hinlänglich bekannt und werden hierin nur insoweit beschrieben werden, als sie die Erfindung direkt betreffen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auch die Bauelemente zur Zuführung des Inertgases zur nicht abschmelzenden Elektrode 2 in den Figuren nicht dargestellt, da diese Elemente einem Fachmann bekannt sind.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Drahtzuführungsvorrichtung 3 auch in der Elektroeinheit 13 bzw. in der Schweißstromquelle 12 angeordnet sein. Als Verbindung zum Brenner kann ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schlauchpaket dienen, in welchem sämtliche Medien geführt sind.

Fig. 2, die im Folgenden unter gleichzeitiger Rückbeziehung auf Fig. 1 beschrieben wird, zeigt verschiedene nacheinander ablaufende Zustände a) bis f), die erfindungsgemäß zum Zünden des Primärlichtbogens 11 durchlaufen werden. Zustand a) stellt die Situation unmittelbar vor der Zündung dar, wobei der Abstand m zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode 2 und dem Werkstück 8 nicht ausreicht, um mit der von der Schweißstromquelle 12 an die nicht abschmelzende Elektrode 2 angelegte Spannung ohne Weiteres einen Primärlichtbogen 11 zu zünden. Über die zuvor beschriebene Stromeinbringungsvorrichtung 5 wird nun eine Messspannung UM an den Schweißdraht 4 angelegt, und die Drahtzuführungsvorrichtung 3 fördert den Schweißdraht 4 in einer Vorwärtsbewegung mit der Geschwindigkeit Vi. Sobald die Schweißdrahtspitze 7 das Werkstück 8 berührt, detektiert die Messeinheit 10 einen plötzlichen Spannungsabfall, worauf die Drahtzuführungsvorrichtung 3 gestoppt wird und ein Kurzschluss zwischen dem Schweißdraht 4 und dem Werkstück 8 hergestellt ist, wie dies in Zustand b) dargestellt ist. In diesem Zustand b) wird nun von der Stromeinbringungsvorrichtung 5 über die Schweißdrahtführung 14 ein Zündstrom lz in den Scheißdraht eingebracht und der Schweißdraht 4 wird mit einer Geschwindigkeit v2 zurückbewegt, wobei sich beim Abheben der Schweißdrahtspitze 7 vom Werkstück 8 ein Zündlichtbogen 6 ausbildet, wie dies in Zustand c) dargestellt ist. Gegebenenfalls kann vor dem Zünden des Zündlichtbogens 6 der Schweißdraht mit einem Heizstrom vorgewärmt werden.

In alternativen Ausführungsformen kann das Abheben der Schweißdrahtspitze auch durch eine quer oder schräg zur Achse des Schweißdrahts geführte Bewegung oder eine Schwenkbewegung erfolgen, etwa mithilfe einer (nicht dargestellten) Vorrichtung, mit der die Schweißdrahtführung 14 geschwenkt oder seitwärts bewegt werden kann. Dies wäre insbesondere in Anwendungsfällen vorteilhaft, bei denen die Schweißdrahtzuführung in einem flachen Winkel zur Oberfläche des Werkstücks 8 erfolgt und ein reines Zurückbewegen der Schweißdrahtspitze 7 mit der Drahtzuführungsvorrichtung 3 den Zündlichtbogen 6 nicht ausreichend nahe an die Spitze der nicht abschmelzenden Elektrode 2 heranführen würde.

In Fig. 2 wird nun durch weiteres Zurückbewegen der Schweißdrahtspitze 7 der Zündlichtbogen 6 soweit verlängert (Zustand d), bis eine Entfernung n zwischen dem durch den Zündlichtbogen 6 ionisierten Bereich und der Spitze der nicht abschmelzenden Elektrode 2 so gering ist, dass alleine aufgrund einer an die nicht abschmelzende Elektrode 2 angelegten Leerlaufspannung Us der Primärlichtbogen 11 zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode 2 und dem Werkstück 8 zündet, wie in Zustand e dargestellt, während gleichzeitig der Zündlichtbogen 6 aufrechterhalten wird. Die Zündung des Primärlichtbogens 11 kann von der Messeinheit 10 durch den damit verbundenen Spannungsabfall detektiert werden, wobei die Regelungsvorrichtung 9 den Zündstrom lz abschaltet, wenn der Primärlichtbogen 11 stabil brennt, sodass der Zündlichtbogen 6 verlöscht, wie dies in Zustand f) dargestellt ist. Zum Schweißen wird dann der Schweißdraht 4 mit der beim Schweißen üblichen Vorschubgeschwindigkeit v3 zum Werkstück 8 und in den vom Primärlichtbogen 11 aufgeschmolzenen Bereich vorgeschoben und so nachgefördert, dass ausreichend Material für die Bildung einer Schweißraupe zugeführt wird.

Fig. 3 zeigt einen beispielhaften, schematischen Verlauf der folgenden Parameter während des oben beschriebenen Zündvorgangs: IDraht Stromverlauf im Schweißdraht Uüraht Spannungsverlauf im Schweißdraht vD Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahts

Uwig Spannungsverlauf in der nicht abschmelzenden Elektrode

Iwig Stromverlauf in der nicht abschmelzenden Elektrode

Am mit i) bezeichnete Beginn des Zündvorgangs wird eine Spannung UM an den Schweißdraht 4 und eine Spannung UEan die nicht abschmelzende Elektrode 2 angelegt. Dann wird im mit ii) gekennzeichneten Bereich der Schweißdraht mit der Geschwindigkeit Vi vorwärts bewegt, bis bei Punkt iii) durch das Abfallen der Spannung UDraht ein Kurzschluss detektiert wird, d. h. dass die Schweißdrahtspitze 7 das Werkstück 8 berührt. Die Vorschubbewegung des Schweißdrahts 4 wird gestoppt und es wird ein Heizstrom lH in den Schweißdraht eingebracht, um diesen vorzuwärmen.

Zum Zünden des Zündlichtbogens wird der Strom lDraht im Schweißdraht 4 im Bereich iv) rampenförmig bis auf einen Zündstrom lz erhöht und der Schweißdraht 4 über die Drahtzuführungsvorrichtung 3 zurückgezogen, sodass die Schweißdrahtspitze 7 vom Werkstück 8 abhebt und der Zündlichtbogen 6 zündet. Das Zünden des Zündlichtbogens 6 ist durch den damit verbundenen Anstieg der Spannung UDraht im Schweißdraht erkennbar. Der Schweißdraht wird bei brennendem Zündlichtbogen 6 weiterhin rückwärts bewegt, bis der Primärlichtbogen 11 zündet. Dies wird durch den dadurch ausgelösten Spannungsabfall der Spannung UWig in der nicht abschmelzenden Elektrode 2 erkannt (dies entspricht dem Bereich v) in Fig. 3). Entsprechend wird damit auch der erforderliche Zündstrom lwig für den Primärlichtbogen 11 zur Verfügung gestellt.

Dann stoppt die Drahtzuführungsvorrichtung 3 den Schweißdraht 4 und es wird der Zündstrom lz im Schweißdraht so lange aufrechterhalten, bis der Primärlichtbogen 11 stabil brennt. In diesem Bereich brennen Primärlichtbogen 11 und Zündlichtbogen 6 gleichzeitig. Bei vi) wird dann der Strom im Schweißdraht 4 ausgeschalten, sobald die für den Primärlichtbogen 11 erforderliche Stromstärke erreicht ist, sodass der Zündlichtbogen 6 erlischt, während der Primärlichtbogen 11 stabil brennt.

Der Strom lDraht und/oder die Spannung UDraht können für die Zündung des Zündlichtbogens 6 in Ihrem Verlauf auch zumindest einen Puls Pi, Pu enthalten. Dadurch wird gegenüber einem konstanten Verlauf erreicht, dass die Zündung durch die erhöhte Energieeinbringung schneller erfolgt.

Weiters können Vorrichtungen vorgesehen sein, um auch den Anstellwinkel, die Höhe, die Position, etc. des Drahtes zu verändern. Dadurch wird gewährleistet, dass der Zündlichtbogen 6 in unmittelbarer Nähe der nicht abschmelzenden Elektrode 2 brennt und entsprechend die Strecke für die Zündung des Primärlichtbogens 11 ionisiert wird. Beispielsweise würde bei einer Anwendung, bei der der Draht sehr flach zugeführt wird, demgemäß auch der Zündlichtbogen 6 sehr flach verlaufen und daher mit einer größeren Entfernung zur nicht abschmelzenden Elektrode 2 brennen. Wird für die Zündung die Schweißdrahtspitze 7 in Richtung zur nicht abschmelzenden Elektrode 2 hin bewegt, wird auch der Zündlichtbogen 6 näher an die nicht abschmelzende Elektrode 2 herangeführt. Für den nachfolgenden Schweißvorgang kann die Schweißdrahtspitze 7 von der geänderten Position wieder in die ursprüngliche Position zurückbewegt werden.

Der Zustand am Ende des Diagramms in Fig. 3 entspricht im Wesentlichen dem Zustand f) in Fig. 2. Für das in Fig. 2 dargestellte Beispiel eines Zündverfahrens vergehen üblicherweise zwischen dem Beginn des Zündvorgangs (Punkt i) und dem stabilen Brennen des Primärlichtbogens 11 (Punkt ix) etwa von 20 bis 50ms, beispielsweise 30ms, wobei der jeweilige Wert insbesondere vom Abstand zwischen Wolframelektrode und Werkstück abhängig ist.

Nach dem Zünden des Primärlichtbogens 11 kann der Schweißvorgang auf herkömmliche Weise gesteuert werden, indem die Drahtzuführungsvorrichtung 3 die erforderliche Menge an Schweißdraht 4 in das Schweißbad zuführt, während zur Vorheizung der Schweißdraht 4 mit einem Heizstrom lH beaufschlagt wird.

Die Drahtzuführungsvorrichtung 3 ermöglicht einen schnellen, dynamischen Wechsel zwischen einer Vor- und Rückbewegung, sodass die Zündung ausreichend schnell durchgeführt werden kann. Dieses Merkmal kann jedoch auch während des Schweißvorgangs vorteilhaft verwendet werden, um die Qualität der Schweißnaht vorteilhaft zu beeinflussen. Das dazu angewendete Verfahren wird im Zusammenhang mit Fig. 4 näher erläutert. Dabei wird der Schweißdraht 4 in einer Pilgerschritt-Vorschubbewegung zugeführt, wobei die Schweißdrahtspitze 7 bei jeder Rückbewegung aus dem Schweißbad austritt und dadurch den Kurzschluss zwischen Werkstück 8 und Schweißdraht 4 löst.

In Fig. 4 ist dieser Verlauf von Heizstrom lH, Vorschubgeschwindigkeit vD und Kursschluss KS in Form eines Diagramms dargestellt. Bei der Pilgerschritt-Vorschubbewegung wird der Draht wechselweise einmal in positiver Vorschubrichtung mit einer Geschwindigkeit v+ vorgeschoben, um danach in negativer Vorschubrichtung mit einer Geschwindigkeit v. zurückgezogen zu werden. Wie dies in Fig. 4 zu sehen ist, ist der Betrag der Geschwindigkeit v+ höher als der Betrag der Geschwindigkeit v_, sodass der Schweißdraht nach jedem Zyklus aus Vorwärts- und Rückwärtsbewegung um ein Stück weiter transportiert worden ist. Auch ist die Dauer der Vorwärtsbewegung länger als die Dauer der Rückwärtsbewegung, was diesen Effekt verstärkt. Die Dauern und die Geschwindigkeiten werden von der Regelungsvorrichtung 9 so eingestellt, dass stets die für die Bildung der Schweißraupe erforderliche Menge an Zusatzmaterial zugeführt wird.

Bei jeder Vorwärtsbewegung taucht die Schweißdrahtspitze in das Schmelzbad ein, ändert die Vorschubrichtung und tritt wieder aus dem Schmelzbad aus, sodass das Schmelzbad damit in Schwingung versetzt wird. Diese Schwingung, die in stets gleichartigen Schritten geschieht, sorgt für eine sehr gleichmäßige und qualitativ hochwertige Schweißnaht.

Bei jeder Vorwärtsbewegung wird ein Kurzschluss hergestellt, wenn die Schweißdrahtspitze 7 in das Schmelzbad eintaucht, und beim Zurückziehen wird der Kurzschluss gelöst, wenn die Schweißdrahtspitze 7 aus dem Schmelzbad austritt. Die Kurzschlussphasen sind in Fig. 4 durch das Signal KS gekennzeichnet. Jedes Herstellen und Lösen eines Kurzschlusses kann von der Messeinheit 10 auf Basis der damit einhergehenden Spannungsänderungen exakt ermittelt werden. Das von der Messeinheit 10 ermittelte Kurzschlusssignal KS kann verwendet werden, um die Vorschubgeschwindigkeit zu regeln, und um einen auf die Kurzschlussphasen abgestimmten Heizstrom lH einzubringen, wie dies in Fig. 4 zu erkennen ist.

Sobald die Schweißdrahtspitze 7 in das Schweißbad eindringt, und ein Kurzschluss detek-tiertwird (bei Punkt I) wird der Heizstrom lH rampenartig bis auf einen eingestellten Maximalwert erhöht, wobei der Schweißdraht mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit v+ vorgeschoben wird. Nach einer Vorschubzeit t-ι wird (beginnend bei Punkt II) die Vorschubgeschwindigkeit stetig verringert und kehrt sich dann um, bis das Lösen des Kurzschlusses (bei Punkt III) detektiert wird. Danach bleibt die Rückzugsgeschwindigkeit für eine Rückzugszeit t2 (bis zu Punkt IV) unverändert, wobei diese konstante Geschwindigkeit der maximalen Rückzugsgeschwindigkeit v. entspricht. Parallel mit dem Wechsel der Vorschubgeschwindigkeit (d.h. zwischen Punkt II und Punkt III) wird der Heizstrom lH rampenartig zurückgeregelt, sodass beim Lösen des Kurzschlusses (Punkt III) nur mehr ein sehr geringer oder gar kein Heizstrom lH fließt, damit sich kein Störlichtbogen und/oder keine Schweißspritzer bilden. Gleichzeitig sorgt die Regelungsvorrichtung 9 dafür, dass jederzeit zumindest eine Messspannung am Schweißdraht anliegt, sodass die Kurzschlusswechsel jederzeit erkannt werden können. Nach Ablauf der Rückzugszeit t2 wird die Vorschubgeschwindigkeit wieder in Form einer Rampe umgekehrt, bis das Kurzschlusssignal detektiert wird, und der nächste Zyklus (bei Punkt Γ) von neuem beginnt. Indem die Maximalgeschwindigkeiten jeweils durch das Herstellen bzw. Lösen des Kurzschlusses eingestellt werden, lässt sich das Verfahren über nur wenige einzustellende Parameter regeln.

Bezuqszeichen:

Brenner (1) nicht abschmelzende Elektrode (2) Drahtzuführungsvorrichtung (3) Schweißdraht (4) Stromeinbringungsvorrichtung (5) Zündlichtbogen (6) Schweißdrahtspitze (7)

Werkstück (8) Regelungsvorrichtung (9) Messeinheit (10)

Primärlichtbogen (11) Schweißstromquelle 12 Elektroeinheit 13 Schweißdrahtführung 14

Claims

Patentansprüche

1. Brenner (1) für ein Schweißgerät mit einer nicht abschmelzenden Elektrode (2), einer Drahtzuführungsvorrichtung (3) für einen Schweißdraht (4), und einer Stromeinbringungsvorrichtung (5) zur Einbringung eines elektrischen Heizstroms in den zugeführten Scheißdraht (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführungsvorrichtung (3) in zwei Vorschubrichtungen betätigbar ist, und dass eine von der Stromeinbringungsvorrichtung (5) auf den Schweißdraht (4) angelegte elektrische Spannung zum Zünden eines Zündlichtbogens (6) zwischen der Schweißdrahtspitze (7) und dem Werkstück (8) regelbar ist.
2. Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (10) zur Überwachung der am Schweißdraht (4) angelegten Spannung vorgesehen ist.
3. Brenner (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromeinbringungsvorrichtung (5) eine Regelungsvorrichtung (9) zur Regelung des Stromflusses im Schweißdraht (4) aufweist.
4. Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführungsvorrichtung (3) bei der Zuführung von Schweißdraht (4) während des Schweißens in einer Pilgerschritt-Vorschubbewegung steuerbar ist.
5. Brenner (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (9) den von der Stromeinbringungsvorrichtung (5) eingebrachte Stromfluss mit der Pilgerschritt-Vorschubbewegung koordiniert.
6. Brenner (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (9) bei der Koordination des Stromflusses ein über die Messeinheit (10) ermitteltes Kurzschlusssignal berücksichtigt.
7. Schweißverfahren mit einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Schweißdraht als Zusatzwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Zündung eines Primärlichtbogens zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode eines Brenners eines Schweißgeräts und einem Werkstück die folgenden Schritte aufweist: Herstellen eines Kurzschlusses zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück, Einstellen eines Zündstroms im Schweißdraht, - Abheben des Schweißdrahts vom Werkstück zum Zünden eines Zündlichtbogens zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück, - Zünden des Primärlichtbogens im vom Zündlichtbogen ionisierten Bereich.
8. Schweißverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion des Kurzschlusses zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück eine Messspannung an den Schweißdraht angelegt wird.
9. Schweißverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißdraht vor dem Einstellen des Zündstroms von einem Heizstrom vorgewärmt wird.
10. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abheben mit einer Rückwärtsbewegung des Schweißdrahts durchgeführt wird.
11. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zünden des Primärlichtbogens der Schweißdraht in einer Pilgerschritt-Vorschubbewegung zugeführt wird.
12. Schweißverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrom mit der Pilgerschritt-Vorschubbewegung koordiniert aktiviert und deaktiviert wird.
13. Schweißverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen der Parameter für Vorschubzeiten und/oder Rückzugszeiten und/oder Vorschubgeschwindigkeiten und/oder Heizstrom während der Pilgerschritt-Vorschubbewegung auf Basis eine Messung des Eintretens und Lösens eines Kurzschlusses zwischen der Schweißdrahtspitze und dem Werkstück geregelt werden.