Verfahren zum Betrieb eines Schweisslichtbogens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrom- oder Wechselstrom- Schweisslichtbogens und zusätzlichen stabilisierenden Unterstützung eines Wechselstromlichtbogens.
Es sind bereits Verfahren der erwähnten Art be kannt, bei denen eine Erstzündung des Schweisslicht bogens durch HF- oder Impulsspannungen im Be reich von 6 bis 10 kV erfolgt. Da derartig hohe Spannungsspitzen die gesetzgeberischen Auflagen hin sichtlich Störungsfreiheit nicht erfüllen, können diese Verfahren in vielen Ländern nicht verwendet wer den.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem in Verbindung mit dem Schweisskopf eine offene Hilfs entladungsstrecke verwendet wird, deren Strahlung auf die Strecke zwischen Schweisselektrode und Werk stück fällt. Bei nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen ist es notwendig, zur Erstzündung die Hilfsentladungsstrecke dem Werkstück so weit zu nähern, dass der Kanal der Hilfsentladungsstrecke das Werkstück berührt. Danach erfolgt dann eine Zündung des Schweisslichtbogens, welcher durch Ent fernung des Schweisskopfes vom Werkstück auf die gewünschte Länge auseinandergezogen werden kann.
Eine Ausnutzung der Strahlungsionisation der Hilfs entladungsstrecke zur Erstzündung des eigentlichen Schweisslichtbogens erfolgt hierbei nicht. Der Nach teil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Hilfs entladungsstrecke dauernd brennen muss und beim Betrieb in Luft einem sehr starken Elektrodenver schleiss ausgesetzt ist. Betreibt man anderseits die Hilfsentladungsstrecke durch dauerndes Einblasen von Schutzgas, so entsteht ein unwirtschaftlich hoher Verbrauch an teurem Schutzgas.
Gemäss einem anderen Verfahren ist es bekannt, in gewissem Abstand von einer Schweisselektrode eine mit einem Funkengenerator verbundene Hilfs elektrode anzuordnen, wobei beide Elektroden etwa gleichen Abstand zum Werkstück besitzen.
Mit einem derartigen Verfahren kann zwar unter ge wissen Voraussetzungen bei einmal brennendem Schweisslichtbogen eine Stabilisierung desselben er reicht werden, eine Erstzündung von Gleichstrom- oder Wechselstrom-Schweisslichtbögen würde jedoch denkbar unzuverlässig wirken, so dass eine praktische Verwendung für den letztgenannten Zweck nicht in Frage kommt.
Es sind schliesslich Verfahren bekannt, welche durch Einblasen eines radioaktiven Gases in die Strecke zwischen Schweisselektrode und Werkstück eine Ionisierung derselben bewirken. Da die Strah lungsenergie radioaktiver Stoffe um Grössenordnun gen über der Ionisationsenergie der in der Schweiss lichtbogenstrecke vorhandenen Gase liegt, ist .die Ionisationswahrscheinlichkeit und damit der Ionisa tionsgrad für das zwischen Schweisselektrode und Werkstück befindliche Gas gering. Ausserdem sind strenge Schutzmassnahmen bezüglich radioaktiver Verseuchung der Umgegend zu treffen, welche das Verfahren für die Praxis ungeeignet machen.
Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines störstrahlungsarmen Verfahrens, insbesondere zur Erstzündung von Gleichstrom- oder Wechsel strom-Schweisslichtbögen, bei dem eine Berührung der Schweisselektrode mit dem Werkstück nicht notwen dig ist. Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass an die Schweisselektrode und das Werkstück eine Zündspannung aus HF- oder Impulsgeneratoren angelegt wird, dass eine offene Hilfsentladungsstrecke verwendet wird, deren Strahlung auf die Strecke zwi schen Schweisselektrode und Werkstück fällt, dass die Hilfsentladungsstrecke ausserhalb des Schweissbren- ners oder innerhalb der Brennerdüse angeordnet wird,
und dass die Hilfsentladungsstrecke entweder als Lichtbogen betrieben oder an eine HF- oder Impuls spannung angelegt wird, die synchron zu der Zünd- spannung ist.
Durch diese Massnahmen wird, wie sich zeigte, nicht nur eine stabilisierende Unterstützung eines Wechselstrom-Lichtbogens bewirkt, sondern auch eine bisher unerreichte Sicherheit bei der Erstzün dung von Gleichstrom- und Wechselstrom-Schweiss lichtbögen, insbesondere dann, wenn infolge gesetz geberischer Auflagen die dem Schweisslichtbogen un terlagerte HF- oder Impulsspannung kleiner als 3 kV ist und der Elektrodenabstand bis zu 5 mm beträgt.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfin- dungsgegenstandes werden anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, und Fig. 2 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel zur Ausübung des Verfahrens.
Gemäss Fig. 1 ist in einer Brennerdüse 1 durch eine Keramikplatte 2 mit einer konzentrischen Boh rung 3 und eine durch diese ragende Spannzange 4 eine Wolframelektrode 5 festgehalten. Die Düse 1 ist mit einem Brenner 6 verschraubt, welcher zusam men mit der Düse 1 die Keramikplatte 2 in ihrer Lage festhält. Der Abstand zwischen der Elektrode 5 und einem Werkstück 7 beträgt bei dieser Ausfüh rungsform etwa 4 bis 5 mm. Die Elektrode 5 und das Werkstück 7 sind sowohl mit einer Schweiss stromquelle 8 als auch mit einer parallel hierzu ge schalteten HF- oder Impulsspannungsquelle 9 ver bunden.
Die Spannungsquelle 9 arbeitet hierbei auf den üblichen Frequenzen im Bereich von 100 bis 500 kHz. Der Ausgang der Spannungsquelle 9 ist sowohl mit der Elektrode 5 als auch mit der Düse 1 über einen Kondensator 10 verbunden. Statt des Kondensators 10 kann auch ein Widerstand 11 oder eine Drossel 12 in den Stromkreis geschaltet werden.
Bei Inbetriebnahme der Spannungsquelle 9 entsteht hierbei zwischen der Düse 1 und der Spannzange 4 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Keramik- Scheibe 2 eine Gashilfsentladung, deren Licht in einem Strahl 13 auf den zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 7 befindlichen Zwischenraum fällt. Infolge der hierbei entstehenden Ionisation er folgt dann eine Zündung des Schweisslichtbogens zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 7.
Die Bauelemente 10 bis 12 dienen zur Begrenzung der von der Hilfsentladungsstrecke aufgenommenen Energie und werden vorzugsweise so dimensioniert, dass die der Hilfsentladungsstrecke zugeführte Teil energie etwa 10 % der dem Schweisslichtbogen ein geführten HF- oder Impulsenergie beträgt.
Folgende Werte haben sich als günstig erwiesen: 5 000 bis 10 000 pF für den Kondensator 10, 50 000 bis 3 000 Ohm für den Widerstand 11, 100 H bis 50 mH für die Drossel 12. Durch geeignete Wahl der Bauelemente 10 bis 12 kann erreicht werden, dass die Phasenverschiebung zwischen Hilfsfunken und Hauptfunken beim Zün den des Schweisslichtbogens nicht zu gross wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die HF- oder Impulsspannungsquelle 9 über die Bau elemente 10, 11 oder 12 an eine ausserhalb des Schweissbrenners 6 angeordnete Hilfsentladungs strecke 14 angeschlossen, von deren Elektroden 15 und 16 eine Strahlung 17 auf die Strecke zwischen der Schweisselektrode 5 und dem Werkstück 7 fällt. Die übrigen Bauteile entsprechen denjenigen in Fig. 1 und sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Ausführungsform von Fig. 2 ist besonders vorteilhaft bei automatischen Schweissanlagen mit bewegtem Werkstück und stillstehendem Brenner anwendbar.
Auch bei Handschweissbrennern ist diese Ausführung konstruktiv oft leichter ausführbar als diejenige von Fig. 1.
Anstatt an die HF- oder Impulsspannungs quelle 9 kann die Hilfsentladungsstrecke 14 auch an eine Niederspannungsquelle angeschlossen sein und als Lichtbogen brennen. Damit in diesem Fall der Hilfslichtbogen nicht nach jeder Schweisspause neu gezündet werden muss, und im Interesse einer langen Lebensdauer der Elektroden 15 und 16, wird eine geringe Menge Schutzgas, vorzugsweise 0,5 1 Argon pro Minute, in die Hilfsentladungsstrecke 14 eingeleitet. Durch das Schutzgas kann die Zündspan- nung so weit herabgesetzt und der Abstand zwischen den Elektroden 15 und 16 entsprechend vermindert werden, dass eine Erstzündung der Hilfsentladungs strecke durch einen Spannungsimpuls mit Sicherheit erfolgt.
Wird die Hilfsentladungsstrecke in Fig. 1 oder 2 durch eine HF- oder Impulsspannungsquelle betrie ben, so sollte die Entfernung zwischen Schweissstelle und Hilfsentladungsstrecke nicht über 15 cm betra gen. Lässt man hingegen die Hilfsentladungsstrecke mit Stromstärken von 0,5 bis 5 A als Lichtbogen brennen, so kann die Entfernung von der Schweiss- lichtbogenstrecke bis zu 50 cm betragen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die mit Stromstärken bis zu maximal 5 A als Licht bogen brennende Hilfsentladungsstrecke auch von einem Teil der Energie der Spannungsquelle 9 über lagert sein.