DD251305A1

DD251305A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR MONITORING PROTECTIVE GAS SUPPLY IN ARC FLASH

Info

Publication number: DD251305A1
Application number: DD29279086A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Faber; Dieter Lindenau
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1987-11-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Ueberwachung der Schutzgaszufuhr beim Lichtbogenschweissen. Ziel ist, bei vergleichsweise kleinem geraetetechnischen Aufwand die Qualitaet der Schweissergebnisse zu sichern. Es sind Mittel vorzuschlagen, welche die Erfassung sowohl der Stroemungsverhaeltnisse als auch die wirksame Zusammensetzung der Gaszusammensetzung direkt an der Schweissstelle gewaehrleisten. Dazu wird die Erfassung der Schutzgasverhaeltnisse im Schweisskopf auf die Schutzwirkung fuer den Schweisslichtbogen zurueckgefuehrt, indem die sich aufgrund der veraenderten Schutzgaszustaende einstellenden Parameterabweichungen registriert werden, wobei die Schweissspannung durch Vergleich mit einer Referenzspannung in die Anteile Lichtbogenbrennphase und Tropfenuebergangsphase zerlegt und getrennt zur Bildung der mittleren Lichtbogenbrennspannung und der mittleren Schweisstropfenuebergangsspannung ausgewertet und zusaetzlich die relative Laenge des Tropfenueberganges oder der Lichtbogenbrennphase ermittelt und zusammen mit den mittleren Schweissparametern Schweissspannung und Schweissstrom bezueglich relativer Veraenderungen dieser Werte untereinander zur Gewinnung eines Messwertes, welcher die fuer den Schweissprozess wirksame Schutzgaszusammensetzung/Schutzgasmenge beschreibt, verglichen werden. Fig. 2The invention relates to the monitoring of the inert gas supply during arc welding. The aim is to secure the quality of the welding results with a comparatively small technical outlay. Means are to be proposed which ensure the detection of both the flow conditions and the effective composition of the gas composition directly at the weld site. For this purpose, the detection of inert gas in the welding head is attributed to the protective effect of the welding arc by registering due to the changed Schutzgaszustaende parameter deviations, the welding voltage divided by comparison with a reference voltage in the components arc burning phase and droplet transfer phase and separated to form the mean arc voltage and evaluates the relative average length of the droplet transfer or the arc combustion phase and, together with the average welding parameters welding voltage and welding current with respect to relative changes of these values with each other to obtain a measured value which describes the protective gas composition / inert gas effective for the welding process. Fig. 2

Description

Nach der DE-OS 2546732 und DD-PS 234247 ist bekannt, durch eine gezielte Erfassung von Schweißparametern den Schweißprozeß oder die geometrischen Randbedingungen zu steuern.According to DE-OS 2546732 and DD-PS 234247 it is known to control the welding process or the geometric boundary conditions by a targeted detection of welding parameters.

Object of the invention

Durch die Erfindung ist durch Überwachung der Schutzgaszufuhr bei vergleichsweise kleinem gerätetechnischen Aufwand die Qualität der Schweißergebnisse zu sichern.Due to the invention, the quality of the welding results is to be ensured by monitoring the protective gas supply with a comparatively small expenditure on equipment.

The essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Anordnung zur Überwachung der Schutzgaszufuhr beim Lichtbogenschweißen zu entwickeln und Mittel vorzuschlagen, die in der Lage sind, die Schutzwirkung auf den Lichtbogen zu charakterisieren und darüber hinaus eine Erfassung sowohl der Strömungsverhältnisse als auch die wirksame Gaszusammensetzung direkt an der Schweißstelle zu gewährleisten.The invention has for its object to develop a method and arrangement for monitoring the inert gas supply during arc welding and to propose means that are able to characterize the protective effect on the arc and beyond a detection of both the flow conditions and the effective gas composition directly to ensure at the weld.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Erfassung der Schutzgasverhältnisse direkt am Schweißlichtbogen durch Messen des elektrischen Schweißstromes und der Schweißspannung erfolgt, indem die sich aufgrund der veränderten Schutzgaszustände einstellenden Parameterabweichungen registriert werden, wobei zusätzlich zur mittleren Schweißspannung und zum mittleren Schweißstrom die mittlere Schweißtropfenübergangsspannung und/oder das zeitliche Verhältnis der Lichtbogenbrennphase zur Schweißtropfenübergangsphase berücksichtigt werden und das Spannungssignal durch Vergleich mit einer Referenzspannung in die Anteile Lichtbogenbrennphase und Tropfenübergangsphase zerlegt und getrennt zur Bildung einer mittleren Lichtbogenbrennspannung verwendet werden und zusätzlich die relative Länge des Tropfenüberganges und/oder der Lichtbogenphase ermittelt wird, wobei die mittleren Schweißparameter Schweißspannung und/oder Schweißstrom in Form von Korrekturwerten berücksichtigt werden, und daß die relativen Veränderungen der Korrekturwerte untereinander verglichen werden zur Gewinnung eines Meßwertes, der die für den Schweißprozeß wirksame Schutzgaszusammensetzung/Schutzgasmenge bestimmt. Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Anordnung, bei der Eingang für die Schweißspannung mit einem Schwellwertschalter verbunden ist, dessen Ausgänge mit Schalteinrichtungen in Wirkverbindung stehen, die einerseits zwischen dem Eingang für die Schweißspannung und einem Integrator und andererseits zwischen den Integratoren und einem Abgabespeicher angeordnet und die Ausgänge des Schwellwertschalters mit den Integratoren verbunden sind, wobei eine weitere Verbindung zwischen den Integratoren und einem Differenzverstärker besteht, der seinerseits über Abgleichwiderstände mit einem Vorverstärker, dem Integrator und/oder der Referenzspannung verbunden ist, und daß die Ausgänge der Integratoren und Abgabespeicher gemeinsam mit der Referenzspannung über die Abgleichwiderstände auf die Eingänge eines Endverstärkers geführt sind, wobei letzterer ausgangsseitig an einen Schwellwertschalter angeschlossen ist.The object of the invention is achieved by a method in which, according to the invention, the detection of the protective gas conditions takes place directly at the welding arc by measuring the electrical welding current and the welding voltage by registering due to the changed protective gas conditions parameter deviations are registered, in addition to the average welding voltage and the middle Welding current, the average weld drop transition voltage and / or the time relationship of the arc combustion phase to the weld drop transition phase are taken into account and the voltage signal separated by comparison with a reference voltage in the components arc burning phase and droplet transition phase and separately used to form a mean arc voltage and in addition the relative length of the droplet transition and / or the arc phase is determined, wherein the average welding parameters welding voltage and / or welding current are taken into account in the form of correction values and that the relative changes of the correction values are compared with one another in order to obtain a measured value which determines the protective gas composition / protective gas quantity effective for the welding process. To carry out the method, an arrangement is used in which the input for the welding voltage is connected to a threshold value, the outputs of which are in operative connection with switching devices arranged on the one hand between the input for the welding voltage and an integrator and on the other hand between the integrators and a dispensing memory and the Outputs of the threshold are connected to the integrators, wherein there is a further connection between the integrators and a differential amplifier, which in turn via balancing resistors connected to a preamplifier, the integrator and / or the reference voltage, and that the outputs of the integrators and the output memory together with the Reference voltage via the balancing resistors are guided to the inputs of a power amplifier, the latter being the output side connected to a threshold value.

embodiment

Das Wesen der Erfindung soll anhand der Schutzgasüberwachung beim CCVSchweißen erläutert werden. Dabei zeigenThe essence of the invention will be explained with reference to the protective gas monitoring during CCV welding. Show

Fig. 1: Spannungsoszillogramm mit MeßwertenFig. 1: voltage oscillogram with measured values

Fig.2: Abweichungen bei Fehlen des SchutzgasesFig.2: Deviations in the absence of the protective gas

Fig. 3: Schaltungsanordnung zur Bildung des Überwachungssignals.Fig. 3: circuit arrangement for forming the monitoring signal.

Primäres Ausgangssignal für die Bildung des Gasüberwachungssignales ist die momentane Schweißspannung U_s (t), die bei einem Schweißlichtbogen mit Kurzlichtbogencharakteristik durch einen Verlauf nach Fig. 1 angenähert wird. Aus diesem Signal werden die mittlere Lichtbogenbrennspannung Ulb und die mittlere Tropfenübergangsspannung Utr extrahiert. Zu diesem Zweck wird die momentane Schweißspannung U_s (t) mit einer Referenzspannung U₀ verglichen. Alle Werte U₃ > U₀ bilden die mittlere Lichtbogenbrennspahnung Ülb» alle Werte U₅ < Uo die mittlere Tropfenübergangsspannung Ütr. Gleichzeitig wird die relative Länge des Tropfenüberganges % TR bzw. der Lichtbogenbrennphasd'% LB gewissermaßen als Tastverhältnis ermittelt. Der berechenbare AusdruckThe primary output signal for the formation of the gas monitoring signal is the instantaneous welding voltage U _s (t), which is approximated by a curve according to FIG. 1 in the case of a welding arc with a short arc characteristic. From this signal, the mean arc voltage Ulb and the average drop transition voltage Utr are extracted. For this purpose, the instantaneous welding voltage U _s (t) is compared with a reference voltage U ₀ . All values U ₃ > U ₀ form the mean arc burn spike Ülb »all values U ₅ <Uo the mean drop transition voltage Ütr. At the same time, the relative length of the droplet transition% TR or the arc combustion phase '% LB is determined to a certain extent as a duty ratio. The predictable expression

(Utr-%TR) + (U_lb-%LB)(Utr-% TR) + (U _lb -% LB)

ist identisch mit der mittleren Schweißspannung Ü_s, die von bekannten Meßeinrichtungen für Anzeige-und Regfeizwecke bereitgestellt wird.is identical to the average welding voltage Ü _s , which is provided by known measuring devices for display and Regfeizwecke.

Zur Überwachung der Schutzgaszufuhr beim Lichtbogenschweißen ist es zweckmäßig, außer der Lichtbogenbrennspannung U_LB die Tropfenübergangsspannung Utr und das Tastverhältnis % TR zur Signalbildung heranzuziehen. Die mittlere Schweißspannung Ü_sgeht als Korrekturgröße bei der Verarbeitung des Tastverhältnisses %TR ein. Eine sichere und eindeutige Erkennung, daß Schutzgas fehlt, erfolgt durch die RealisierungTo monitor the protective gas supply during arc welding, it is expedient to use the drop transition voltage Utr and the duty cycle% TR for signal formation in addition to the arc-firing voltage U _LB. The average welding voltage Ü _s is incorporated as a correction quantity in the processing of the duty cycle% TR. A safe and unambiguous detection that inert gas is missing, takes place through the realization

A = (Ü_LB/V/- 25) - Ütr/V/+ %TR/%/· (0,016 Üs/V/+ 0,1).A = ( _LB / V / - 25) - Ütr / V / +% TR /% / · (0.016 Üs / V / + 0.1).

Die Fig. 2 zeigt die Lage der mit dieser Beziehung berechneten Meßwerte A auf der Basis von Meßdaten, die beim CO₂-Schweißen mit 1,2mm-Schweißdraht und einer stabilisierten Thyristor-Schweißstromquelle gewonnen werden. Die Fig.3 gibt die hierfür vorgesehene Meßschaltung an.Fig. 2 shows the position of the measured values A calculated with this relation on the basis of measurement data obtained in CO ₂ welding with 1.2 mm welding wire and a stabilized thyristor welding power source. FIG. 3 indicates the measuring circuit provided for this purpose.

Die Schweißspannung U₅ wird dem Schwellwertschalter 1 zugeführt, der durch Vergleich mit der Referenzspannung U₀ zwischen Lichtbogenbrenn- und Tropfenübergangsphase unterscheidet und dementsprechend einen der beiden Ausgänge zur Bildung der Mittelwerte der Lichtbogenbrennspannung Ü_Lb und der Tropfenübergangsspannung Ü_Tr mit den Schalteinrichtungen 2 und andererseits mit den Integratoren 3 für die Ermittlung der relativen Längen des Tropfenüberganges % TR und der Lichtbogenbrennphase % LB verbindet. Bei Unterschreitung der durch die Referenzspannung U₀ vorgegebenen Schwelle steuern die Schalteinrichtungen 2.1 und 2.4 durch. Durch die Schalteinrichtung 2.1 wird bewirkt, daß die momentane Schweißspannung U_sdem Integrator 4.1 zugeführt wird. Während der Tropfenübergangsphase wird dessen Mittelwert Ütr gebildet. Nach Übergang des Lichtbogens in die Brennphase wird die Schalteinrichtung 2.1 geöffnet und gleichzeitig die Schalteinrichtung 2.3 geschlossen, die die ermittelte mittlere Tropfenübergangsspannung CItr dem Ausgabespeicher 5 übergibt. Außerdem ist in dieser Phase die Schalteinrichtung 2.2 aktiviert, die die Bildung des Wertes für die mittlere Lichtbogenbrennspannung Ü_Lb mit Hilfe des Integrators 4.2 ermöglicht. In der sich anschließenden Tropfenübergangsphase wird dieser Wert über die Schalteinrichtung 2.4 in den zweiten Ausgabespeicher 5 übertragen. Die Ausgänge des Schwellwertschalters 1 wirken gleichzeitig auf die Integratoren 3 zur Erfassung der relativen Länge der einzelnen Phasen. Durch Benutzung des Korrekturwertes U_x als Bezugsspannung bei der Integration läßt sich der Einfluß der mittleren Schweißparameter bei der Bildung des Meßwertes A berücksichtigen. Dazu werden die Schweißspannung U₃ über einen weiteren Integrator 6 gemittelt und gegebenenfalls der Schweißstrom l_s durch den Vorverstärker 7 in der Signalhöhe angehoben und ebenfalls verstärkt. Deren Ausgangssignale werden gemeinsam mit einer Referenzspannung Uo einem Differenzverstärker 8 zur Bildung des Korrekturwertes U_x zugeführt. Die Abgleichwiderstände 9 dienen der Dimensionierung der Schaltung und berücksichtigen den Einfluß der einzelnen Eingangsgrößen. Gleichfalls die Abgleichwiderstände 9 am Endverstärker 10 dienen diesem Zweck. Über diese werden die Zwischenwerte aus den Ausgabespeichern 5 und den Integratoren 3 dem Endverstärker 10 zugeführt, der den Meßwert A bildet. Zur Vereinfachung der weiteren Signalverarbeitung kann dieses Meßsignal A von einem weiteren Schwellwertschalter 11 aufbereitet werden.The welding voltage U ₅ is supplied to the threshold value switch 1, which distinguishes between the arc burning and drop transition phase by comparison with the reference voltage U ₀ and accordingly one of the two outputs for forming the mean values of the arc spark voltage Ü _L b and the drop transition voltage Ü _T r with the switching devices 2 and on the other hand with the integrators 3 for the determination of the relative lengths of the drop transition% TR and the arc burning phase% LB connects. When falling below the predetermined by the reference voltage U ₀ threshold, the switching devices 2.1 and 2.4 by. By the switching device 2.1 causes the instantaneous welding voltage U _{s is} supplied to the integrator 4.1. During the drop transition phase, its mean value Ütr is formed. After the transition of the arc into the burning phase, the switching device 2.1 is opened and at the same time the switching device 2.3 is closed, which transfers the determined mean drop transition voltage CItr to the output memory 5. In addition, the switching device 2.2 is activated in this phase, which allows the formation of the value for the mean arc voltage Ü _L b using the integrator 4.2. In the subsequent drop transition phase, this value is transmitted via the switching device 2.4 into the second output memory 5. The outputs of the threshold switch 1 act simultaneously on the integrators 3 to detect the relative length of the individual phases. By using the correction value U _x as the reference voltage during integration, the influence of the average welding parameters in the formation of the measured value A can be taken into account. For this purpose, the welding voltage U _{3 is} averaged over a further integrator 6 and optionally the welding current l _{s raised} by the preamplifier 7 in the signal level and also amplified. Their output signals are supplied together with a reference voltage Uo to a differential amplifier 8 for forming the correction value U _x . The balancing resistors 9 serve to dimension the circuit and take into account the influence of the individual input variables. Likewise, the balancing resistors 9 on the power amplifier 10 serve this purpose. About this the intermediate values from the output memories 5 and the integrators 3 are supplied to the power amplifier 10, which forms the measured value A. To simplify the further signal processing, this measurement signal A can be processed by a further threshold value switch 11.

Claims

1. A method for monitoring the inert gas supply during arc welding with consumable filler wire and welding parameters, which cause a welding arc with short arc characteristics, in conjunction with arc welding process controls stabilization of the welding process and quality assurance is possible, characterized in that the detection of the protective gas conditions directly at the welding arc by measuring the electric welding current (l _s ) and the welding voltage (U _s ), the parameter deviations that occur as a result of the changed protective gas conditions are registered, wherein in addition to the mean welding voltage (Ü _s ) and the average welding current (l _s ), the average arc burning voltage ( _LB ), the average weld drop transition voltage (Ütr) and / or the time relationship of the arc firing phase to the weld droplet transition phase are taken into account and the signal of the Schw Eisspannung (U ₃ ) decomposed by comparison with a reference voltage (Uo) in the components arc burning phase and droplet transition phase and used separately to form a mean arc voltage (L \ b) and additionally the relative length of the droplet transition (% TR) and / or the arc burning phase is determined, taking into account the average welding parameters welding voltage (U _s ) and / or welding current (l _s ) in the form of correction values (U _x ), and that the relative changes of the values are compared with each other to obtain a measured value (A) determines the protective gas composition / protective gas quantity effective for the welding process.

2. Arrangement for monitoring the inert gas supply according to item 1, characterized in that the input for the welding voltage (U ₈ ) with a threshold value switch (1) is connected, whose outputs are in operative connection with switching devices (2), on the one hand between the input for the welding voltage (U ₅ ) and the integrator (4) and on the other hand between the integrators (4) and the output memories (5) are arranged such that the outputs of the threshold switch (1) are connected to the integrators (3), that a further connection between the integrators (3) and a differential amplifier (8), which in turn via balancing resistors (9) with a preamplifier (7), the integrator (6) and / or the reference voltage (U ₀ ) is connected, and that the outputs of Integrators (3) and output memory (5) together with the reference voltage (U ₀ ) via the balancing resistors (9) to the inputs of a power amplifier (10) are performed, wherein last rer output side to the threshold value switch (11) is connected.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a method and arrangement for monitoring the inert gas supply during arc welding with consumable filler wire and welding parameters, which cause a welding arc with short arc characteristics, in conjunction with arc welding process controls stabilization of the welding process and quality assurance is possible.

Characteristic of the known technical solutions

It is known that the burning of the arc and the chemical reactions in the liquid metal phase depend essentially on the composition of the gas surrounding the arc. Even minor deviations from the intended composition and in particular a disturbing admixture of air cause a deterioration in quality during welding. To monitor the protective gas flow measuring systems are introduced in the gas supplies / lines, such as rotameters. In automatic systems, the protective gas supply is monitored by control technology.

According to DD-PS 146157 and DE-OS 1812170 methods are known in which is detected by suitable means of levitation of the float in said rotameters. Also known are other measuring methods for the registration of gas flows, for example according to DD-PS 226410 by detecting pressure drops in conjunction with nozzles or by utilizing the cooling effect of the gas flow in conjunction with heated temperature sensors. All the solutions mentioned have the disadvantage that the measurement takes place in the gas supply line. Both gas losses and Luftzumischungen on the way between measuring point and burner / weld are not detected. In particular, Fehlturbolenzen by dirty welding torch assemblies can not be seen from the primary gas stream. Another disadvantage is that all known solutions are relatively expensive due to the necessity of mechanical and electronic assemblies.