DD289727A5

DD289727A5 - WELDING PROCESS WITH AN ELECTRONICALLY REGULATORY CONTROL DEVICE FOR THE INTERMITTENT WIRE FEED

Info

Publication number: DD289727A5
Application number: DD33524189A
Authority: DD
Inventors: Peter Neumann; Bernhard Piniek
Original assignee: Ingenieurhochschule Berlin-Wartenberg,De
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1991-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spiral- oder flaechenfoermigen Auftragschweiszen von Werkstuecken, vornehmlich fuer un- und niedriglegierte Verguetungswerkstoffe, die durch eine kombinierte und/oder unabhaengige Einstellbarkeit der drei in weiten Grenzen variierbaren Parameter Frequenz, Tastverhaeltnis und Geschwindigkeit eines Drahtvorschubmotors mit starrer Kraftuebertragung, dasz mit einem elektronisch regelbarem Steuergeraet zum intermittierendem Drahtvorschub gekennzeichnet ist. Das Steuergeraet erzeugt dabei das erforderliche Steuersignal fuer den Drahtfuehrungsprozesz auf elektronischem Weg. Fig. 1{Auftragschweiszen; Verguetungswerkstoff, regelbar; Steuergeraet, intermittierend; Drahtvorschub, variierbar; Frequenz; Tastverhaeltnis; Geschwindigkeit; Drahtfuehrungsprozesz, elektronisch}The invention relates to a method for spirally or flat application welding of workpieces, primarily for unalloyed and low-alloyed tempering materials, by a combined and / or independent adjustability of the three widely variable parameters frequency, Tastverhaeltnis and speed of a wire feed motor with rigid Kraftuebertragung, z is characterized by an electronically controllable control unit for intermittent wire feed. The control unit thereby generates the required control signal for the Drahtfuehrungsprozesz electronically. Fig. 1 {Auftragschweiszen; Refining material, adjustable; Control unit, intermittent; Wire feed, variable; Frequency; Sampling rate; Speed; Wire routing process, electronic}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spiral· oder flächenförmigen Auftragsschweißen von Werkstücken, vornehmlich für Vergütungswerkstoffe, welches mit einem elektronisch regelbaren Steuergerät ium intermittierenden Drahtvorschub zum Einsatz kommt.The invention relates to a process for the spirally or surface - surfaced build - up welding of workpieces, primarily for tempering materials, which is used with an electronically controllable control device for intermittent wire feed.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

In der DD-PS 131625 wird ein Verfahren zur Prozeßregelung beim Lichtbogenschweißen mit intermittierendem Elektrodenvorschub verschoben, daß dadurch gekennzeichnet ist, indem die Amplitude der Teilbewegung des Drahtvorschubes durch einen Soll-Ist-Wert-Vergleich mit dem Schweißstrom variiert und die Vorschubfrequenz durch einen Frequenzgenerator eingestellt wird. Daneben sind die Frequenz und Phasenlage der Vorschubfrequenz mit der Ausgangsspannung der Stromquelle synchronisiert, so daß eine optimale Lichtbogenstabilität gewährleistet wird.In DD-PS 131625 a process for process control in arc welding is shifted with intermittent electrode feed, which is characterized by the amplitude of the partial movement of the wire feed by a target-actual-value comparison varies with the welding current and set the feed rate by a frequency generator becomes. In addition, the frequency and phase of the feed frequency are synchronized with the output voltage of the power source, so that optimum arc stability is ensured.

In den Schriften DE-AS 1964666, US-PS 3396888 und DE-PS 1099666 wird dargelegt, daß der Vorschub der Elektrode von zwei getrennten Vorschubsystemen übernommen wird, wobei iJie pulsierende Wirkung durch den Ansteuerungsunterschied zwischen dem ziehenden und schiebenden Vorschubsystemen entsteht.In the documents DE-AS 1964666, US-PS 3396888 and DE-PS 1099666 it is stated that the feed of the electrode is taken over by two separate feed systems, wherein the pulsating effect arises by the driving difference between the pulling and pushing feed systems.

Des weiteren wird in der DD-PS 134 334 ein Verfahren beschrieben, wo zwei oder mehrere, gemeinsam auf einen Elektrodendraht wirkende intermittierende Vorschubsysteme zur Stabilisierung der Lichtbogenparameter verwendet und durch eine spezielle Abgleichung beider als Schwinganker ausgebildete Vorschübe gesichert werden.Furthermore, a method is described in DD-PS 134 334, where two or more, acting jointly on an electrode wire intermittent feed systems used to stabilize the arc parameters and secured by a special adjustment of both trained as oscillating armature feeds.

Alle bisher genannten Verfahrenslösungen haben den Nachteil, daß ein hoher Konstruktions-, Geräte- und steuerungstechnischer Aufwand erforderlich ist.All previously mentioned process solutions have the disadvantage that a high design, equipment and control engineering effort is required.

Andere diskontinuierlich wirkende Vorschübe sind auf mechanische Mechanismen und/oder elektromechanische Schwingungssystemprinzipien zurückzuführen (DD-PS 133614), deren Funktionssicherheit durch hohe Verschleißerscheinungen beeinträchtigt werden.Other discontinuous feeds are due to mechanical mechanisms and / or electromechanical vibration system principles (DD-PS 133614), the reliability of which are impaired by high wear phenomena.

Um die nachteilige Umwandlung mechanischer Drehbewegung in oszillierende Bewegungen zu umgehen benutzt die DD-PS 210 861 einen speziellen Schrägrollenvorschub.To avoid the adverse conversion of mechanical rotary motion into oscillating motions, DD-PS 210 861 uses a special scroll feed.

Bekannt ist weiterhin ein Drahtvorschubantrieb zum intermittierenden Schweißen, der mit der Antriebswelle eines Elektromotors gekoppelten Welle mit einem Exzenter versehen und über einen Kulissenstein mit einer durch ein Schwenklager verbundenen Kurbelschleife derart im Eingriff steht, daß das Ende der Kurbelschleife in die Ausarbeitung eines Mitnehmers formschlüssig eingreift, der von je einem oder zwei paar Federelementen in der erforderlichen Lage am Elektrodendraht und zur Kurbelschleife gehalten wird, wobei dem Mitnehmer ein zweiter Mitnehmer vor- oder nachgeordnet ist und beide Mitnehmer auswechselbar ausgebildet sind (DD-PS 138518).Also known is a wire feed drive for intermittent welding, which provided with the drive shaft of an electric motor shaft with an eccentric and is connected via a sliding block with a connected by a pivot bearing crank in such a way that the end of the crank loop engages in the preparation of a driver form-fitting, which is held by one or two pairs of spring elements in the required position on the electrode wire and the crank loop, wherein the driver is a second driver upstream or downstream and both drivers are designed to be interchangeable (DD-PS 138518).

Alle bisher bekannten Lösungen haben neben den vorbeschriebenen Nachteilen den gemeinsamen Mangel, daß der zu große Wärmeeintrag beim Auftragsschweißen, insbesondere beim Einsatz für Vergütungsstoffe nicht verhindert wird. Des weiteren wird beschrieben, daß keine spürbare Verringerung des Wärmeeintrages nur durch eine Synchronität zwischen Werkstoffübergang und Schwingsystem möglich ist.All previously known solutions have in addition to the disadvantages described above, the common deficiency that the excessive heat input during build-up welding, especially when used for tempering materials is not prevented. Furthermore, it is described that no appreciable reduction of the heat input is possible only by a synchrony between the material transition and the vibration system.

Bei den bisher bekannten pulsierend arbeitenden Drahtvorschubgeräten erreicht man das Pulsieren nur durch bestimmte mechanische Manipulation der Antriebselemente, beispielsweise mittels Exzenterscheiben, am Drahtführungssystem. Der Nachteil dieser mechanischen Systeme ist der hohe mechanische Verschleiß, die geringe Variation der Impulsintensität (Tastverhältnis), die geringe Langzeitstabilität sowie die nur mäßig genaue Reproduzierbarkeit des Drahtführungsprozesses. Die Frequenz und das Tastverhältnis können hierbei nicht unterschieden werden.In the previously known pulsating wire feed devices to reach the pulsation only by certain mechanical manipulation of the drive elements, for example by means of eccentric discs on the wire guide system. The disadvantage of these mechanical systems is the high mechanical wear, the small variation of the pulse intensity (duty cycle), the low long-term stability and the only moderately accurate reproducibility of the wire guiding process. The frequency and the duty cycle can not be distinguished here.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, speziell für un- und niedriglegierte Vergütungsstähle, ein Verfahren zum Auftragschweißen mit intermittierendem Drahtvorschub zu finden, das eine minimale Wärmeeinwirkung in das Werkstück gewährleistet und sich durch einfache Anlagentechnik, hohe Verfügbareit. geringe Kosten und niedrigen Elektroenergieverbrauch auszeichnet.The aim of the invention is to find a method for build-up welding with intermittent wire feed, which ensures a minimum heat effect in the workpiece and by simple system technology, high Verfügbareit especially for low and low alloy tempered steels. low costs and low electric energy consumption.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum periodischen Drahtvorschub einer endlosen Elektrode beim Auftragschweißen zu entwickeln, indem eine rein elektronische Vorschubsteuerung die Parameterwahl für Frequenz, Tastverhältnis und Vorschubgeschwindigkeit kombiniert und/oder unabhängig voneinander reproduzierbar ermöglicht. Das zu entwickelnde Verfahren soll eine einfache Anlagentechnik mit hoher Verfügbarkeit bei niedrigem Energieverbrauch aufweisen.The invention has for its object to develop a method for periodic wire feed an endless electrode during buildup welding by a purely electronic feed control combined the parameter selection for frequency, duty cycle and feed rate and / or independently reproducible. The process to be developed should have a simple system technology with high availability and low energy consumption.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur bestehenden Schweißanlage eine Drahtvorschubeinrichtung, bestehend aus einem 24-V-Gleichstrommotor mit starr gekoppeltem Getriebe, einem Rollenvorschubpaar und einem elektronisch regelbaren Steuergerät, welches das erforderliche Steuersignal für den Drahtführungsprozeß erzeugt, entwickelt wurde, um die mittlere Stromstärke gegenüber der kontinuierlichen Drahtvorschubtechnik deutlich zu reduzieren, so daß kombiniert und/oder unabhängig voneinander die Frequenz, das Tastverhältnis und die Drahtvorschubgeschwindigkeit mit guter Reproduzierbarkeit veränderbar gemacht und in weiten Grenzen variiert werden kann. Kernstück des Steuergerätes ist ein Rechteckgenerator, der mittels Operationsverstärkers aufgebaut ist. An den beiden Eingängen befinden sich die Potentiometer für Frequenz und Tastverhältnis. Durch einen nachfolgenden Monoflop (MMV) mit Leistungstransistor wird eine weitgehend lastunabhängige Pulsbreitensteuerung realisiert, wobei mit einem weiteren Potentiometer die Geschwindigkeitsänderung erfolgt. Gesteuert wird der Drahtvorschub durch den Prozeßablauf über einen entsprechenden Relaiskontakt. So kann in nachfolgenden Bereichen die Geschwindigkeit von 26 bis 40 mm/s, die Frequenz von 5 bis 30Hz und das Tastverhältnis von 1:0,1 bis 1:2,6 variiert werden.According to the invention the object is achieved in that the existing welding system, a wire feed device consisting of a 24-V DC motor with rigidly coupled gear, a roller feed pair and an electronically controllable control unit, which generates the required control signal for the wire guide process was developed to the middle Amount of current compared to the continuous wire feed technology significantly reduced, so that combined and / or independently of each other, the frequency, the duty cycle and the wire feed speed can be made changeable with good reproducibility and varied within wide limits. The heart of the control unit is a rectangular generator, which is constructed by means of operational amplifier. The two inputs contain the potentiometers for frequency and duty cycle. By a subsequent monoflop (MMV) with power transistor, a largely load-independent pulse width control is realized, with a further potentiometer, the speed change takes place. The wire feed is controlled by the process flow via a corresponding relay contact. Thus, in subsequent ranges, the speed can be varied from 26 to 40 mm / s, the frequency from 5 to 30 Hz and the duty cycle from 1: 0.1 to 1: 2.6.

Mit Hilfe der variierbaren und minimierbaren Parameterwahl wird eine jeweils für den Vergütungswerkstoff erforderliche hohe Lichtbogenstabilität und ein gleichmäßiger Werkstoff übergang erreicht, so daß durch die dabei erreichbare geringe Wärmeeinbringung und gleichmäßige Wärmeausbildung in der Wärmeeinflußzonj, beispielsweise bei gleichbleibender Oberflächen- und Nahtqualität zwischen Anfang und Ende einer spiralförmigen Auftragsschweißung von un- und niedriglegierten Vergütungswerkstoffen, eine geringere Schichtdicke als bisher aufgetragen werden kann. Gleichzeitig werden bisher aufgetretene Festigkeitsunterschiede in Fügeteilen bzw. Werkstücken vermieden und geringere Mengen an Zusatzwerkstoffen beim Auftragsschweißen eingesetzt.With the help of the variable and minimizable parameter selection required for the annealing material high arc stability and a uniform material transition is achieved, so that by the thereby achievable low heat input and uniform heat education in Wärmeeinflußzonj, for example, with constant surface and seam quality between the beginning and end of a spiral build-up welding of unalloyed and low-alloyed tempering materials, a smaller layer thickness than before can be applied. At the same time previously occurring differences in strength in joining parts or workpieces are avoided and used smaller amounts of filler metals during build-up welding.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem A'jsführungsbeispiel erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnungen zeigenThe invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawings show

M Fig. 1: Blockschaltbild bei konventioneller MAG-TechnikM Fig. 1: Block diagram with conventional MAG technology

Fig. 2: Wärmeeinflußzone bei intermittierender Technik Fig. 3: Wärmeeinflußzone bei intermittierender TechnikFig. 2: Heat affected zone with intermittent technique Fig. 3: Heat affected zone with intermittent technique

In der Figur 1 ist das Beispiel eines elektronisch regelbaren Steuergerätes zum intermittierenden Drahtvorschub für ein Verfahren zum Schutzgasschweißen mit endloser Elektrode, speziell für un- und niedriglegierte Vergütungsstähle durch eine kombinierte und/oder unabhängige Einstellbarkeit der drei in weiten Grenzen variierbaren Parameter Frequenz, Tastverhältnis und Geschwindigkeit eines Drahtvorschubmotors mit starrer Kraftübertragung dargestellt. Das Steuergerät erzeugt dabei das erforderliche Steuersignal für den Drahtführungsprozeß auf elektronischem Weg. Die Fig. 1 zeigt den Leitungszugang 1 und Leitungsabgang 2 der Schweißmaschine von und zum Relaiskontakt 12 des Steuergerätes. Die angeordneten Potentiometer für das Tastverhältnis 3 und für die Frequenz 4 werden manuell je nach den Schweißerfordernissen eingestellt. Beide unabhängig voneinander einstellbaren Potentiometer 3 und 4 fließen ein in den Rechteckgenerator 5, der das Kernstück des Steuergerätes darstellt. Die Aufnahme der zugeführten 220 V übernimmt der Netztransformator 6, und über den Diodenspeicher 7 wird der Rechteckgenerator 5 versorgt. Der Rechteckgenerator 5 wird mittels Operationsverstärkers 8 aufgebaut. Der Potentiometer für die Geschwindigkeit 9 wird ebenfalls wie 3 und 4 manuell eingestellt. Der Motor 11 wird über den vorhandenen Relaiskontakt 12 und den Leistungstransistor 10 gesteuert. In den Figuren 2 und 3 wird optisch die minimale Wärmeeinwirkung, insbesondere Wärmeeinfluß- (WEZ) und Vermischungszone (V) bei Beginn a und Ende b der Auftragsschweißung der konventionellen MAG-Technik (Fig. 2) und intermittierender Technik (Fig. 3) dargestellt.In the figure 1 is the example of an electronically controllable control unit for intermittent wire feed for a process for gas-shielded welding electrodes, especially for unalloyed and low-alloy tempering steels by a combined and / or independent adjustability of the three widely variable parameters frequency, duty cycle and speed a wire feed motor with rigid power transmission shown. The control unit generates the required control signal for the wire guide process by electronic means. FIG. 1 shows the line access 1 and the line outlet 2 of the welding machine from and to the relay contact 12 of the control unit. The arranged potentiometers 3 and 4 are manually adjusted according to the welding requirements. Both independently adjustable potentiometers 3 and 4 flow into the square-wave generator 5, which represents the core of the control unit. The recording of the supplied 220 V takes over the power transformer 6, and the diode generator 7, the square-wave generator 5 is supplied. The square-wave generator 5 is constructed by means of operational amplifier 8. The potentiometer for speed 9 is also set manually as in 3 and 4. The motor 11 is controlled via the existing relay contact 12 and the power transistor 10. In FIGS. 2 and 3, the minimum heat exposure, in particular heat influence (HAZ) and mixing zone (V) at the beginning a and end b of the build-up welding of the conventional MAG technique (FIG. 2) and intermittent technique (FIG ,

Claims

1. A method for build-up welding with an electronically controllable control device for intermittent wire feed, characterized in that to reduce the average current compared to the continuous wire feed technology, combined and / or independently adjustable potentiometer for the speed (9) in the areas of 26 bis 40mm / s, the frequency (4) from 5 to 30Hz, the duty cycle (3) of 1: 0.1 to 1: 2.6 used and used, so that this variable for the wire guide process with good reproducibility and variable within wide limits be made so that the required high arc stability and a uniform material transition is achieved for the tempering material and held by low heat input and uniform heat education, the heat-affected low and with constant surface and weld quality between the beginning and end of a spiral order Welding, for example, in unalloyed and low-alloy temper materials, a low filler material layer thickness than previously used in the MAG welding process, is applied.

2. A method for build-up welding with an electronically controllable control unit for intermittent wire feed according to claim 1, characterized in that the existing welding a Drahtforschuhinrichtung consisting of a 24-V DC motor with rigidly coupled gear, a roller feed pair and an electronically controlled control unit, which required control signal generated for the wire guide process, is assigned.