DD147513A1

DD147513A1 - METHOD FOR PROCESS CONTROL IN ARC FLASH WITH FLUSHING ELECTRODE

Info

Publication number: DD147513A1
Application number: DD21726179A
Authority: DD
Inventors: Hans-Erich Weinschenk; Guenther Hesse; Martin Stroefer; Martin Schellhase
Original assignee: Weinschenk Hans Erich; Guenther Hesse; Martin Stroefer; Martin Schellhase
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1981-04-08
Also published as: DE3040689A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prozeszsteuerung beim Lichtbogenschmelzschweiszen mit abschmelzender Elektrode zur Durchfuehrung des automatischen Schweiszens mit endlosem Zusatzwerkstoff. Ziel ist, eine hohe Nahtqualitaet mit Gleichmaeszigkeit des Einbrandes und der Nahtgeometrie sowie eine Feinschuppigkeit der Nahtoberflaeche zu erreichen. Die Aufgabe, durch eine geeignete Beeinfluszung der Zufuhrbewegung des Elektrodenwerkstoffes die Lichtbogengeometrie, die elektrischen Lichtbogenparameter, den Energieumsatz im Bogenbereich sowie die Werkstoffab- und -aufschmelzung zuverlaessig zu steuern, wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz die Zufuhrbewegung des Elektrodendrahtes diskontinuierlich erfolgt, wobei sich die Bewegungs- und Stillstandsphasen periodisch abwechseln und in der Stillstandsphase bei kurzschluszbehaftetem Werkstoffuebergang zwischen den zwei Spannungsflanken der Lichtbogenbrennphasen der Mittelwert oder das Zeitintegral der Schweiszspannung durch eine logische Verarbeitungseinheit erfaszt, mit einem eingestellten Sollwert verglichen und fuer die Bestimmung der Amplitude der naechstfolgenden Bewegungsphase derart ausgwertet wird, dasz ueber jedem Vorschubzyklus der zeitliche Mittelwert oder das Zeitinegral der Schweiszspannung nahezu identisch mit dem vorgegebenen Sollwert ist.The invention relates to a process for Prozeszsteuerung in Lichtbogenschmelzschweiszen with abschmelzender electrode for performing the automatic Schweiszens with endless filler. The aim is to achieve a high seam quality with uniformity of the penetration and the seam geometry as well as a fine scaling of the seam surface. The task of reliably controlling the arc geometry, the electrical arc parameters, the energy conversion in the arc region and the material removal and melting by means of a suitable influencing of the supply movement of the electrode material is achieved according to the invention by making the supply movement of the electrode wire discontinuous, whereby the movement Periodically alternate and standstill phases and in the stoppage phase in short-circuited material transition between the two voltage edges of the arc, the average or the time integral of Schweiszspannung detected by a logical processing unit, compared with a set target value and evaluated for the determination of the amplitude of the next phase of motion so dasz over each feed cycle, the time average or the time of the welding voltage is almost identical to the predetermined setpoint.

Description

Verfahren zur Prozeß steuerung beim lichtbogenschweißen mit abschmelzender ElektrodeMethod for process control in arc welding with consumable electrode

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prozeß steuerung beim Lichtbogenschmelzschweißen mit abschmelzender 'Elektrode zur Durchführung des automatischen Schweißens mit endlosem Zusatzwerkstoff.The invention relates to a method for process control in arc welding with melting 'electrode for performing the automatic welding with endless filler.

21726 121726 1

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, das Lichtbogenschmelzschweißen mit endlosem Zusatzwerkstoff durchzuführen, indem dieser als Draht, Band, Fülldraht oder in ähnlicher Gestalt kontinuierlich der Werkstückschmelzzone zugeführt und unter Einwirkung des Lichtbogens abgeschmolzen wird, wobei als Schutz der Werkstückschmelzzone, des Lichtbogens und des Zusatzwerkstoffes aktive und inerte Gase, Pulver, Flußmittel und andere Hilfsstoffe zugesetzt werden.It is known to perform the arc welding with endless filler material by this as wire, belt, cored wire or similar shape continuously fed to the workpiece melt zone and melted under the action of the arc, and as protection of the workpiece melt zone, the arc and the filler active and inert gases , Powder, flux and other auxiliaries are added.

Diese Verfahren vieräen in Abhängigkeit von der technologrschen Aufgabe mit Stromquellen, die im Bereich der Schweißparameter über eine fast horizontal verlaufende statische Kennlinie verfügen, unter Anwendung der als Δ I -Regelung bekannten Methode der Beeinflussung des Abschmelzverhaltens und zeitlich konstanten Elektrodenvorschub oder mit Stromquellen, die im Bereich der Schweißparameter eine stark fallende statische Belastungskennlinie aufweisen, unter Anwendung der als^U - Regelung bekannten Methode der Beeinflussung des Abschmelzverhaltens mit lichtbogenspannungsabhängigem Elektrodenvorschub durchgeführt (BRD OS 2614494).Depending on the technological task, these methods would include current sources having an almost horizontal static characteristic in the region of the welding parameters, using the method known as Δ I control for influencing the melting behavior and temporally constant electrode feed or current sources which are known in the art Field of welding parameters have a strong falling static load characteristic, using the method known as ^ U control of influencing the Abschmelzverhaltens with arc voltage dependent electrode feed carried out (BRD OS 2614494).

Nachteilig bei der Anwendung der/^ I -Regelung ist der durch die flache Stromquellencharakteristik bedingte große Schwankungsbereich des Schweiß stromes, der bedingt durch den mit dem Quadrat der Stromstärke anwachsende Lichtbogendruck zu unkonizollierten BadSchwankungen unterschiedlicher Amplitude führt und zusammen mit der Abschmelzbewegung an der Elektrodenspitze und der stochastischen Auslenkung der Licht bogensäule infolge laufend er Katoden- bzw. Anodenfallgebiete zu einem z^esul tierenden Nahtbildungsprozeß führt, der gekennzeichnet ist durch einen stochastisch ablaufenden Merkstoff üb er gang, durch unterschiedliche Bogenbrenn- und Kurzschlußphasen bzw. bei kurzschlußfreiem WerkstoffübergangA disadvantage in the application of the / ^ I control is caused by the flat current source characteristic large fluctuation range of the welding current due to the growing with the square of the current arc pressure leads to uncontrolled BadSchwankungen different amplitude and together with the Abschmelzbewegung to the electrode tip and the Stochastic deflection of the light arc column as a result of ongoing he cathode or anode fall areas leads to a z ^ esul animal seaming process, which is characterized by a stochastically expired Merkstoff üb transition, by different Bogenbrenn- and short-circuit phases or short-circuit free material transition

-?-' 21726 1-? - '21726 1

durch erheblich unterschiedliche Tropfengrößen. Das Ergebnis ist eine in ihrem Aufbau unregelmäßige Schweißnaht bei einer in vielen Fällen zu großen Wahrscheinlichkeit der verminderten Schweißnahtqualität bei automatischen Verfahren.by significantly different drop sizes. The result is a weld that is irregular in its construction with, in many cases, a high probability of reduced weld quality in automatic processes.

Nachteilig bei dem als Λ U_ß-ßegelung bekannten Verfahren ist, daß durch die zur Sicherung eines stabilen Prozesses erforderliche zeitliche Mittelwertbildung des die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit bestimmenden Schweißspannnungswertes über einen stochastisch ablaufenden Prozeß sowie durch die Trägheit verwendeter Vorschubsysteme eine Zuordnung des Meßsignals zum Auf- und Abschmelzprozeß insbesondere zum momentanen Abstand zwischen Elektrodenspitze und Werkstückschmelzzone nicht gegeben ist· Died U-Eegelung kommt deshalb zweckmäßigerweise nur dort zum Einsatz, wo große Lichtbogenlängen und hohe Stromstärken vorliegen.-A disadvantage of the known as "U _ß ßßessung" method is that required by the time required for securing a stable process averaging the electrode feed rate determining welding voltage value via a stochastic process and by the inertia used feed systems, an assignment of the measured signal to the up and Abschmelzprozeß in particular is not given to the current distance between the electrode tip and workpiece melting zone · Died U-Eegelung therefore is expediently only used in applications where large arc lengths and high current vorliegen.-

Zur Vermeidung der Nachteile der genannten Verfahren mit kontinuierlichem Vorschub wurde nach WP B 23 k/199709 ein Verfahren zur Prozeßregelung beim Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Elektrodenvorschub angegeben, wobei bei vorgegebener Frequenz der Vorschubbewegung eine Regelung des mittleren Schweißstromes durch eine Verstärkereinheit erfolgt, die entsprechend dem Vergleich zwischen einem eingestellten Sollwert und dem zeitlichen Mittelwert des Schweißstromes die mittlere Elektrodenvorschubgeschwindigkeit bestimmt. Nachteilig ist hierbei die aus der erforderlichen Mittelwertbildung resultierende Trägheit der Eegelung, die eine ausreichend schnelle Beeinflussung des Energieumsatzes und der damit im Zusammenhang· stehenden Abschmelzvorgänge ausschließt. Nachteilig ist weiterhin die notwendige Eingrenzung der vorgeschlagenen Lösung auf Verfahren mit flacher Stromquellencharakteristik.To avoid the disadvantages of the said continuous feed method, a method for process control in arc welding with pulsating electrode feed was specified according to WP B 23 k, wherein at a given frequency of the feed motion control of the average welding current is performed by an amplifier unit, according to the comparison between a set target value and the time average of the welding current, the average electrode feed rate determined. The disadvantage here is the inertia of the regulation resulting from the required averaging, which excludes a sufficiently rapid influencing of the energy conversion and the associated melting processes. A further disadvantage is the necessary limitation of the proposed solution to methods with a flat current source characteristic.

-♦- 217261- ♦ - 217261

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung beim Lichtbogenschmelzschweißen mit abschmelzender Elektrode eine hohe Nahtqualität, wie Gleichmäßigkeit des Einbrandes und der Nahtgeometrie sowie Feinschuppigkeit der Hahtoberflache zu erreichen.It is an object of the invention in arc welding with melting electrode to achieve a high seam quality, such as uniformity of the penetration and the seam geometry and Feinschuppigkeit the Hahtoberflache.

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete Beeinflussung der Zufuhrbewegung des Elektrodenwerkstoffes die Lichtbogengeometrie, die elektrischen Lichtbogenparameter, den Snergieumsatz im Bogenbereich sowie die Werkstoff ab- und -aufschmelzung zuverlässig zu steuern«The invention is based on the object by a suitable influence on the supply movement of the electrode material, the arc geometry, the electrical arc parameters, the Sergiegieumsatz in the bow area and the material melting and melting reliably control «

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst:According to the invention the problem is solved as follows:

Die Zufuhrbewegung der abschmelzenden Elektrode setzt sich aus einer zyklischen Folge von Vorschub- und Stillstandsphasen zusammen, wobei das Verhältnis von Bewegungs- und Stillstandszeit möglichst klein ist. Bedingt durch die zyklische Bewegung des Elektrodenwerkstoffes kommt es zu einer Beschleunigung und Abbremsung des flüssigen Werkstofftropfens an der Elektrodenspitze bzw. zu dessen Eintauchen in das Schmelzbad. Daraus resultiert eine Synchronität zwischen Vorschubbewegung und Werkstoffübergang, vorausgesetzt, daß die Vorschubfrequenz in einem für diese Erscheinung geeignetem. Frequensbereich liegt. Die Tropf en ab lösung erfolgt dabei unmittelbar vor der Stillstandsphase, so daß während dieser reproduzierbare Verhältnisse an der Elektröfenspitze vorliegen» Über die Periodendauer einer Vorschubbewegung wird der Mittelwert oder das Zeitintegral der Schweißspannung gebildet und mit einem für den Prozeß ge-The supply movement of the consumable electrode is composed of a cyclical sequence of feed and standstill phases, wherein the ratio of movement and standstill time is as small as possible. Due to the cyclical movement of the electrode material, there is an acceleration and deceleration of the liquid material drop at the electrode tip or for its immersion in the molten bath. This results in a synchronism between feed movement and material transition, provided that the feed rate in a suitable for this phenomenon. Frequency range is. The dripping from solution takes place immediately before the standstill phase, so that there are reproducible conditions at the tip of the electromagnet during this period. Over the period of an advancing movement, the mean value or the time integral of the welding voltage is formed and subjected to a process for the process.

21726 121726 1

forderten Sollwert verglichen. Die Istwerfbildung erfolgt durch Mittlung der über den Verlauf einer Periode anfallenden Momentanwerte oder als Integration über den Verlauf einer Bewegung speriode, wobei im zweiten Fall zur reproduzierbaren Wiederholung des Meßvorg-anges ein Nullsetzen des Intigrators vor Beginn des neuen Meßvorganges erfolgt. Ausgehend von dem Soll-Ist-Wertvergleich erfolgt durch eine geeignete logische Verarbeitungseinheit, die aus einem digitalen oder analogen Rechner besteht, die Festlegung bzw. Berechnung der ,Amplitude der nächstfolgenden Bewegungsphase, und zwar derart, daß nach jedem Bewegungszyklus die Eegelabweichung möglichst klein ist und somit annähernd gleiche geometrische Verhältnisse sowie vergleichbare elektrische und energetische Zustände im Bogenraum vorliegen und somit gleichartige, mit großer Näherung zyklische Auf- und Abschmelzvorgänge ablaufen. Bei Verfahren mit kurzschlußbehaftetem Y/erks to ff üb ergang kann die Wahl des Meßzeitraumes neben der Synchronisation mit der Vorschubbewegung aufgrund der Synchronität mit dem Werkstoffübergeng bei großer Ähnlichkeit der FoIgezyklen auch durch Nutzung der Spannungsflanken bei der Kurzschlußbildung erfolgen.demanded setpoint compared. The Istwerfbildung takes place by averaging over the course of a period occurring instantaneous values or as an integration over the course of a movement speriode, wherein in the second case for reproducible repetition of Meßvorg- a zero setting of the Intigrators before the start of the new measurement process. Based on the target-actual value comparison is carried out by a suitable logical processing unit, which consists of a digital or analog computer, the determination or calculation of the amplitude of the next phase of motion, in such a way that after each movement cycle, the cone deviation is as small as possible and Thus, approximately the same geometric conditions as well as comparable electrical and energetic states in the arc space are present and thus run similar, cyclic up and Abschmelzvorgänge with a large approximation. In the case of methods with short-circuited Y / erks toff overdrive, the choice of the measuring period in addition to the synchronization with the feed movement due to the synchronism with the Werkstoffgengeng with great similarity of the FoIgezyklen also take place by using the voltage edges in the short circuit formation.

Der als Maß für die geometrischen, elektrischen und energetischen Verhältnisse nach Ablauf eines Meßvorganges vorliegende Meßwert kann zur Steuerung weiterer Ab- bzw. Aufschmelzvorgänge in der gleichen Werkstückschmelzzone verwendet werden.The measured value present as a measure of the geometric, electrical and energetic conditions after the end of a measuring process can be used to control further melting or melting operations in the same workpiece melt zone.

Durch die beschriebene Zuordnung der Vorschubbewegung zum ι zeitlichen Verlauf der Lichtbogenspannung ist dieses Verfahren in erster Linie für das Lichtbogenschweißen mit fallender Stromquellen-Charakteristik geeignet, wobei durch die extrem schnelle Meßwertverarbeitung eine Einschränkung auf Prozesse mit hohen Schweißspannungen und -strömen entfällt.Due to the described assignment of the feed movement to the time course of the arc voltage, this method is primarily suitable for arc welding with falling current source characteristics, with a limitation on processes with high welding voltages and currents eliminated by the extremely fast Meßwertverarbeitung.

2172021720

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden» In der dazugehörigen Zeichnung wird das Blockschaltbild der Funktionseinheiten zur Prozeßsteuerung beim MIGr- Schweiß en gezeigt·The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the block diagram of the functional units for process control in MIGr welding.

Durch ein Drahtvorschubsystem 5 wird der Elektrodendraht 1 diskontinuierlich vorgeschoben, wobei ein periodischer Wechsel zwischen Bewegungs- und Stillstandsphasen vorliegt. Dieses Drahtvorschubsystem 5 besteht aus einem elektromagnetischen Schwingungssystem mit einer selbsthemmenden Mitnehmeranordnung, die die Schwingungsbewegung in nur einer Bewegungsrichtung auf den Elektrodendraht 1 überträgt. Die Frequenz der Vorschubbewegung wird entsprechend den technologischen Gegebenheiten über eine Frequenzvorwahl 4 eingestellt. Die Stromzufuhr zum Elektrodendraht 1 erfolgt über eine Stromkontaktdüse 6 durch eine Stromquelle 2 mit fallender Belastungscharakteristik. Durch eine Verarbeitungseinheit 10 wird die Spannung zwischen der Stromkontaktdüse 6 und dem Werkstück 9 erfaßt· Zwischen der Spitze des aus der Gasdüse 5> kommenden Elektrodendrahtes 1 und dem Werkstück 9 brennt ein Lichtbogen 8 unter Argonatmosphäre ?. In der Pause zwischen zwei Bewegungsphasen₅ die der Verarbeitungseinheit 10 durch das Drahtvorschubsystem 5 signalisiert wird, erfolgt innerhalb der Verarbeitungseinheit 10 die Ermittlung des Spannungsmittelwertes während dieser Zeit. Dieser wird mit einer über die Sollwertvorgabe 11 vorgegebenen Spannung vorzeichenbehaftet verglichen. Ausgehend von diesem Soll-Ist-Wertvergleich erfolgt innerhalb der Verarbeitungseinheit 10 durch einen analogen Festwertrechner auf der Basis von Operationsverstärkern die Berechnung der Amplitude der nächsten Vorschubbewegung, die dem Drahtvorschubsystem 5 signalisiert wird. Der BerechnungsalgorithmusBy a wire feed system 5, the electrode wire 1 is advanced discontinuously, with a periodic change between motion and standstill phases is present. This wire feed system 5 consists of an electromagnetic vibration system with a self-locking driver assembly, which transmits the vibration movement in only one direction of movement of the electrode wire 1. The frequency of the feed movement is set according to the technological conditions via a frequency preselection 4. The power supply to the electrode wire 1 via a Stromkontaktdüse 6 by a power source 2 with decreasing load characteristics. By a processing unit 10, the voltage between the Stromkontaktdüse 6 and the workpiece 9 is detected · between the tip of the coming of the gas nozzle 5> electrode wire 1 and the workpiece 9 burns an arc 8 under an argon atmosphere. In the pause between two phases of motion ₅ of the processing unit 10 is signaled by the wire feed system 5, is carried out within the processing unit 10 the determination of the voltage mean value during this time. This is compared with a predetermined setpoint input 11 voltage signed signed. Based on this target / actual value comparison, the calculation of the amplitude of the next feed movement, which is signaled to the wire feed system 5, takes place within the processing unit 10 by means of an analog fixed value calculator on the basis of operational amplifiers. The calculation algorithm

2 17262 1726

ist dabei so festgelegt, daß die Differenz zwischen SoIl- und Istwert gegen O tendiert. Bei der nächsten Vorschubbewegung werden der flüssige Werkstofftropfen von der Elektrodenspitze abgestoßen und somit die Voraussetzungen für den nächsten Meßzyklus geschaffen·is set so that the difference between the actual and the actual value tends towards 0. During the next feed movement, the liquid material drop is repelled by the electrode tip, thus creating the conditions for the next measuring cycle.

Claims

invention claim

A method for process control during arc fusion welding with consumable electrode, geke η η - ζ ei ch net characterized in that the feed movement of the wire electrode (1) is carried out batchwise, with the motion and stationary phases alternating periodically in the idle phase or in kurzschlußbehaftetem material transition between the two voltage edges of the arc combustion phases, the average value or the time integral of the welding voltage detected by a logical processing unit (10) consisting of a digital or analog Eechner, compared with a set value and evaluated for determining the amplitude of the next phase of movement such that above each Feed cycle, the time average or the time integral of the welding voltage is almost identical to the setpoint specification (11).

Method for process control in arc melting welding with consumable electrode according to item 1, g eken'n characterized in that the measurement signal determined by the logic processing unit (10) is used for process control of a second in the same workpiece melting zone .blown off or Aufhmelzelzprozesses.

For this a sheet of drawings -