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.
Method for operating a welding arc The present invention relates to a method for operating a direct current or alternating current welding arc and additional stabilizing support for an alternating current arc.
There are already methods of the type mentioned be known in which an initial ignition of the welding light arc by RF or pulse voltages in the range of 6 to 10 kV Be. Since such high voltage peaks do not meet the legal requirements in terms of freedom from interference, these methods cannot be used in many countries.
A method is also known in which an open auxiliary discharge path is used in conjunction with the welding head, the radiation of which falls on the path between the welding electrode and the workpiece. In the case of devices operating according to this method, it is necessary for the initial ignition to bring the auxiliary discharge path so close to the workpiece that the channel of the auxiliary discharge path touches the workpiece. Then the welding arc is ignited, which can be pulled apart to the desired length by removing the welding head from the workpiece.
The radiation ionization of the auxiliary discharge path for the first ignition of the actual welding arc is not used here. The disadvantage of this method is that the auxiliary discharge path has to burn continuously and is exposed to very strong electrode wear when operating in air. If, on the other hand, the auxiliary discharge path is operated by continuously blowing in protective gas, the result is an uneconomically high consumption of expensive protective gas.
According to another method, it is known to arrange an auxiliary electrode connected to a spark generator at a certain distance from a welding electrode, with both electrodes being approximately the same distance from the workpiece.
With such a method it is possible under certain conditions to stabilize the welding arc once it burns, but an initial ignition of direct current or alternating current welding arcs would have an unreliable effect, so that practical use for the latter purpose is out of the question.
Finally, methods are known which ionize the same by blowing a radioactive gas into the path between the welding electrode and the workpiece. Since the radiation energy of radioactive substances is orders of magnitude higher than the ionization energy of the gases present in the welding arc gap, the ionization probability and thus the degree of ionization for the gas between the welding electrode and the workpiece is low. In addition, strict protective measures must be taken with regard to radioactive contamination of the area, which make the process unsuitable for practice.
The object of the invention is to create a low-interference method, in particular for the initial ignition of direct current or alternating current welding arcs, in which contact between the welding electrode and the workpiece is not neces sary. This is achieved according to the invention in that an ignition voltage from HF or pulse generators is applied to the welding electrode and the workpiece, that an open auxiliary discharge path is used, the radiation of which falls on the path between the welding electrode and workpiece, that the auxiliary discharge path is outside the welding torch or placed inside the burner nozzle,
and that the auxiliary discharge path is either operated as an arc or applied to an HF or pulse voltage that is synchronous with the ignition voltage.
As has been shown, these measures not only provide stabilizing support for an alternating current arc, but also a hitherto unattainable level of safety during the initial ignition of direct current and alternating current welding arcs, especially when the welding arc is subject to statutory requirements subordinate HF or pulse voltage is less than 3 kV and the distance between the electrodes is up to 5 mm.
For example, embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows: FIG. 1 an embodiment of a device for carrying out the method, and FIG. 2 a modified embodiment for carrying out the method.
According to Fig. 1, a tungsten electrode 5 is held in a burner nozzle 1 by a ceramic plate 2 with a concentric Boh tion 3 and a collet 4 protruding through this. The nozzle 1 is screwed to a burner 6 which, together with the nozzle 1, holds the ceramic plate 2 in place. The distance between the electrode 5 and a workpiece 7 is approximately 4 to 5 mm in this embodiment. The electrode 5 and the workpiece 7 are connected to both a welding power source 8 and a HF or pulse voltage source 9 connected in parallel to this.
The voltage source 9 operates at the usual frequencies in the range from 100 to 500 kHz. The output of the voltage source 9 is connected to both the electrode 5 and the nozzle 1 via a capacitor 10. Instead of the capacitor 10, a resistor 11 or a choke 12 can also be switched into the circuit.
When the voltage source 9 is put into operation, an auxiliary gas discharge occurs between the nozzle 1 and the collet 4 in the immediate vicinity of the surface of the ceramic disc 2, the light of which falls in a beam 13 on the space between the electrode 5 and the workpiece 7. As a result of the resulting ionization, the welding arc is then ignited between the electrode 5 and the workpiece 7.
The components 10 to 12 serve to limit the energy absorbed by the auxiliary discharge path and are preferably dimensioned so that the partial energy supplied to the auxiliary discharge path is about 10% of the HF or pulse energy introduced into the welding arc.
The following values have proven to be favorable: 5,000 to 10,000 pF for the capacitor 10, 50,000 to 3,000 ohms for the resistor 11, 100 H to 50 mH for the choke 12. By suitable choice of the components 10 to 12 can be achieved ensure that the phase shift between the auxiliary spark and the main spark when igniting the welding arc is not too great.
In the embodiment of Fig. 2, the RF or pulse voltage source 9 is connected via the construction elements 10, 11 or 12 to an outside of the welding torch 6 arranged auxiliary discharge path 14, from the electrodes 15 and 16 a radiation 17 on the path between the welding electrode 5 and the workpiece 7 falls. The other components correspond to those in FIG. 1 and are provided with the same reference numbers. The embodiment of FIG. 2 can be used particularly advantageously in automatic welding systems with a moving workpiece and a stationary torch.
In the case of hand welding torches, too, this design is often easier to implement than that of FIG. 1.
Instead of the HF or pulsed voltage source 9, the auxiliary discharge path 14 can also be connected to a low voltage source and burn as an arc. So that in this case the auxiliary arc does not have to be re-ignited after every welding break, and in the interests of a long service life of the electrodes 15 and 16, a small amount of protective gas, preferably 0.5 l argon per minute, is introduced into the auxiliary discharge path 14. The ignition voltage can be reduced by the protective gas and the distance between the electrodes 15 and 16 can be reduced accordingly that an initial ignition of the auxiliary discharge path takes place with certainty by a voltage pulse.
If the auxiliary discharge path in Fig. 1 or 2 is operated by an HF or pulsed voltage source, the distance between the welding point and the auxiliary discharge path should not be more than 15 cm , the distance from the welding arc section can be up to 50 cm.
According to a further exemplary embodiment, the auxiliary discharge path burning as an arc with currents up to a maximum of 5 A can also be superimposed by part of the energy from the voltage source 9.