<B>Einrichtung zum Schweissen mit Schutzgas</B> Bei der Lichtbogenschweissung von Eisen, Metallen, u. a. Aluminium, sowie Metallegie rungen und ähnlichem Werkstoff sowie nicht- rastendem Werkstoff benützt. man ein Ver fahren, bei dem die Schweisswärme in einem Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer Wolframelektrode im Beisein eines Schutzgases, vorzugsweisse Argon oder Helium, erzeugt wird.
Hierbei wird, ausser bei geringen Abmessungen der Werkstücke, ein zusätzlicher Elektrodendraht . verwendet,, der in den Licht bogen eingeführt wird. Der Lichtbogen wird gewöhnlich mit Wechselstrom gespeist, wenig stens beim Schweissen von Aluminium und ähnlichem Werkstoff sowie bei kleineren Werkstücken aus nichtrostendem Werkstoff.
Die bisher verwendeten Lichtbogenschweiss- transformatoren waren gewöhnlich Streufeld transformatoren oder solche mit Drosselspulen, zur Erzielung einer Stromregelung und ge eigneten Stromspannungscharakteristik. In der nun folgenden Beschreibung ist das Schweissen. von Aluminiumteilen als Beisspiel genommen.
Besonders bei Aluminium entsteht ein ge wisser Gleichrichtereffekt infolge der unter schiedlichen Fähigkeit des Wolframs und Aluminiums, Elektronen abzugeben. Die Wolf ramelektrode nimmt eine wesentlich höhere Temperatur an als das Werkstück aus Alumi nium und gibt schon aus diesem Grund leich ter Elektronen ab.
Hinzu kommt., dass Wolf ram einen geringeren Kathodenspannungsab- fall als Aluminium bedingt. Diese Umstände bewirken, dass eine unausgeglichene Strom welle erhalten wird. An dem Lichtbogen liegt eine Gleichspannung mit Pluspol an der Elek trode.
In dem Schweissstromkreis muss eine An ordnung zur Zündung des Lichtbogens mittels eines hochgespannten Funkens für jede Halb welle vorhanden sein. Der an dem induktiven Stromkreis hierbei entstehende Einschaltstrom- stoss vergrössert, wie im folgenden dargelegt. wird, den Gleichrichtereffekt weiter, wodurch ungünstige Schweissergebnisse erhalten wer den.
Die durch die kräftige Gleichrichtung bei den bekannten Anordnungen entstehenden Nachteile äussern sich vor allem darin, dass die bei positiver Elektrode erzielte Entoxydie rung des Aluminium stark vermindert wird oder ganz ausbleiben kann. Die Schmelze wird dann von einer Oxydschicht bedeckt und das Zusammenfliessen wie auch die Zuführung von Zusatzmaterial wird erschwert. Auch die Lichtbogenleistung sinkt, hierbei, und die kräftige Gleichrichtung verursacht hohen Ma- gnetisierungsstrom im Transformator.
Die Steigerung des Magnetisierungsstromes be dingt, dass bei normalen Transformatoren die Stromentnahme auf etwa 701/o des Nenn- wertes gesenkt werden muss, iun den Trans formator gegen überwärmung zu schlitzen.
Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, wurde vorgeschlagen, auf verschiedene Weise Klasse<B>79 C</B> dein Schweissstromkreis eine gegen die Gleich spannung des Lichtbogens gerichtete Span nung zuzuführen. Hierbei sind. Akkumulato ren oder Kondensatoren verwendet worden. Diese Hilfsmittel konnten die erwähnten Nach teile bei allen von ein und demselben Trans formator entnommenen Schweissstromstärken nicht ganz beseitigen, oder sie waren zu teuer.
Die Erfindung bezweckt, einen verbesser ten Ausgleich zwischen den positiven und ne gativen Halbwellen bei einer Einrichtung zum Schweissen mit Schutzgas zu erreichen, die einen Transformator, Sekundärstromregel organe, eine Zündvorrichtung und eine Schweisselektrode besitzt. Das Kennzeichnende der Erfindung ist, dass der verwendete Trans- format.or ein Starkstromtransformator mit ge ringer Streuinduktanz ist, und dass die Strom regelung im wesentlichen ohmisch ist.
Auf der Zeichnung zeigt das Schaubild in Fig.1 den ungünstigen Stromverlauf, der bei bekannten Anordnungen mit induktivem Schweissstromkreis erhalten wird. Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Schaubild, das dem Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes zugehörig ist., und in Fig. 3 isst. ein Schaltbild für dieses Beispiel dargestellt..
In Fig. 1. bezeichnet- die gestrichelte Sinus linie 1 die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück und die ausgezogene Kurve 2 die mit. Rücksicht auf die Induktanz des Stromkreises phasenverschobene Strom kurve. Die mit. der Abzissenachse parallelen strichpunktierten Geraden 3 und 4 bezeichnen die niedrigsten Spannungen, die bei positiver bzw. negativer Elektrode für das Brennen des Lichtbogens erforderlich sind, die also aufge bracht. werden müssen, damit der Lichtbogen zündet. Zufolge der Eigenschaft der Wolfram elektrode, leichter Elektronen zu emittieren.
als Aluminium, und wegen des geringeren Kathodenspannungsabfalles des ersteren, wird die erforderliche Mindestbogenspannung bei positiver Elektrode (3) grösser als bei nega tiver Elektrode (4).
Beim Einschalten eines induktiven Strom kreises entsteht nach Fig.l ein. Verlauf, bei dem in jedem Einschaltzeitpunkt, ausser im synchronen, ein Einschaltstromstoss entsteht, der positiv ist, (also eine Stromerhöhung ge genüber dem Strom bei synchroner Einschal- tung gibt), wenn die Einschaltung vor dem Zeitpunkt, geschieht, der dem synchronen ent spricht.
Erfolgt. jedoch die Einschaltung nach dem genannten Zeitpunkt, erhält man einen negativen Stromstoss. Die Zündung des Licht bogens für jede neue Halbperiode kann natür lich. nicht erfolgen, bevor der Lichtbogen in der vorhergehenden erloschen ist und die er forderliche Lichtbogenspannung wieder vor handen ist. Nach einigen Halbperioden hat sieh der Einschwingvorgang stabilisiert.
Wie aus der Figur hervorgeht, ist die Elektrode kürzere Zeit positiv als negativ. Der Zeitpunkt. für die Zündung ist dadurch gene rell näher dem synchronen für die Zündung bei positiven Halbperioden als bei negativen. Der Einschaltstromstoss wird also weniger positiv oder sogar negativ in dien positiven Halbperioden im Gegensatz zu dem Verhalten bei negativen Halbperioden, wo er immer positiv wird, d. h. die Amplitude vergrössert.
Wird der Zeitpunkt. für eine positive Halb periode verzögert., ergibt. dies teils, dass der Effektivwert. dieser Halbperiode verringert wird:, und teils, dass der Lichtbogen früher erlischt. Hieraus folgt, dass der Lichtbogen bei der folgenden negativen Halbperiode frü her zündet, wodurch ihr Effektivwert. weiter erhöht. wird.
Bei Fig. 1. wurde angenommen, dass die Zündung :des Lichtbogens erfolge, sobald ge nügend frohe Spannung verfügbar ist. Der während der ersten Halbperiode gezündete Lichtbogen brennt., solange hinreichende Span nung da. ist, und erlischt also bei einer Span nung; unterhalb der Geraden 3. Die Wieder zündung kann unmittelbar nach Stromnull durchgang erfolgen, dia offenbar zureichende Spannung verfügbar ist. Nach der vierten Ilalbperiode ist der Vorgang stabilisiert. Die Figur zeigt also, dass der Gleiehriehtungg- effekt. sich erhöht hat.
Besonders beim. Schwei ssen von Material mit grösseren Abmessungen und wenn hierbei gegebenenfalls eine Vergrö sserung der Lichtbogenlänge gewünscht wird, kann die gesteigerte Gleichrichterwirkung, die eine ungünstige Verschiebung des Zeitpunktes für die Einschaltung bedingt, zur Folge haben, dass die Zündung in den positiven Halb perioden ganz ausbleibt.
Alus Fig. 1- geht. auch deutlich eine weitere ungünstige Wirkung einer solchen Anord nung hervor. Da der Strom nach der Zün dung einer Sinuskurve folgt, wächst er bei positiven Halbperioden verhältnismässig lang sam, was die Unsicherheit, für die Zündung erhöht und bewirkt, dass sie zuweilen ganz ausbleibt.
Eine Berechnung des in Fig.1 dargestell ten Verlaufes ergibt, dass, nachdem Stabilität eingetreten ist, die negativen Halbperioden einen Effektivwert. haben, der etwa. 200/o höher als der der positiven liegt. Diese un günstige Erscheinung tritt. in der Praxis noch deutlicher hervor infolge der grösseren Schwie rigkeiten, die positiven Halbperioden zu zün den. Die geschilderten Umstände tragen also dazu bei, dass der Transformator einer un erwünschten Gleichstromerregung ausgesetzt wird.
Im Schaltbild nach Fig. 3 ist mit 11 der Schweisstransformator bezeichnet, der ein nor maler Starkstromtransformator mit geringer Streureaktanz ist, d. h. mit einer Kurzschluss spannung, die maximal 200/o der Nennspan nung ist. Die Sekundärwicklung des Trans formators speist über einen Ohmschen Regel widerstand 12 und eine Hochfrequenzzünd vorrichtung 13 die Elektrode 14. Diese letztere besteht. zweckmässigerweise aus Wolfram. Der gegen das Werkstück 15 gerichtete Lichtbogen soll in an sich bekannter Weise in Anwesen heit eines Schutzgases brennen.
Die Zündung des Lichtbogens erfolgt durch einen Impuls von der Hochfrequenzvorrichtung 13 und der Hochfrequenzkreis wird über den Konden sator 16 geschlossen.
Aus Fig. 2 geht das erheblich verbesserte Gleichgewicht zwischen der positiven und negativen Halbperiode hervor, was dadurch zustande kommt, dass der Schweissstromkreis eine geringe Real,-tanz enthält, so dass Strom und Spannung im wesentlichen in Phase lie- gen, d. h. dass der cos T. mindestens 0,9 ist. Die Spannungskurve ist wie vorher mit 1 und die in Phase liegende Stromkurve mit 2 be zeichnet.
Die geringste Spannung für Zün dung des Lichtbogens bei positiver und nega tiver Elektrode ist wieder durch die Geraden 3 bzw. 4 gekennzeichnet. Bei 5 sieht man, wie der Strom bei der Zündung unmittelbar auf einen der Spannung entsprechendenMomentan- wert steigt.
Bei 6 erlischt der Lichtbogen, zün det aber wieder bei 7, wenn die Lichtbogen spannung den Mindestwert. gemäss der Gera den 4 erreicht. Diese steile Stromzunahme, bei ,der Zündung für jede Halbperiode erhöht die Zündsicherheit und die Stabilität. des Licht- bogens während der ersten unsicheren Augen blicke in jeder Halbperiode.
Die natürliche Gleichrichtung im Lichtbogen gibt in dem irr wesentlichen resistiven Schweissstromkreis An lass zu einem Spannungsabfall, der die Gleich stromkomponente im Gegensatz zu den Ver hältnissen bei bekannten Arten von Lichtbo- genschweisstransformatoren verkleinert.
Wird bei der gezeigten Einrichtung eine Leerlauf spannung gewählt, die wenigstens 2,5mal und höchstens 5mal grösser ist. als die Lichtbogen spannung oder den maximal zulässigen Wert nasch den gegenwärtigen Normen erreicht. hat, so erreicht man an Stelle des bei normalen Transformatoren unvermeidlichen, beträcht lichen Gleichstromes nur einen unbedeuten den G1eichrichtungseffekt.
Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ver ursacht der induktive Widerstand eine Ver stärkung des Gleichrichtungseffektes. Eine ge wisse Gleichrichtung kann bei der Schweissung jedoch zugelassen werden, so dass der Schweiss stromkreis auch Induktanzen gewisser Grösse enthalten kann. Natürlich wird dann der Gleichrichtungseffekt grösser als wenn der Schweissstromkreis im wesentlichen resistiv ist. Im Rahmen der Erfindung liegt. es,
da ss eine gewisse Induktanz im Stromkreis zugelassen werden kann.
Durch die beschriebenen Massnahmen er reicht man, wie Versuche zeigten, ausser den genannten - Vorteilen, da.ss der Lichtbogen leichter auf eine gewünschte Länge ausein- andergezogen werden kann, ohne dass die Zündung aussetzt., und dass die Oxydierung des Werkstückes in weitgehendem Mass ver hindert oder beseitigt wird.