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Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit einer abschmelzenden
Metallelektrode unter Verwendung einer Stromquelle mit steigender Charakteristik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Metallichtbogenschweißen mit inerter
Schutzgashülle und im besonderen auf das Schweißen, bei welchem sowohl die abschmelzende
Elektrode als auch das Werkstück aus Metall, wie z. B. Aluminium, Kohl:enstoffstahl,
Kupfer, Magnesium, Titan oder rostsicherem Stahl, besteht und das Schutzgas im wesentlichen
aus Argon,und/oder Helium mit oder ohne ein anderes zweckdienliches Gas oder Zusätze,
die in bekannter Weise der Verbesserung des Verfahrens dienen können.
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Man kennt zwei grundlegende Arten von Lichtbogenschweißsteuerungen,
die sich zum Gebrauch mit abschmelzenden Metallelektroden eignen. Die eine Art ist
gekennzeichnet dadurch, daß die Lichtbogenspannung im wesentlichen konstant gehalten
wird durch die automatische Änderung der Stabzuführgeschwindigkeit, während der
Schweißstrom dabei praktisch konstant gehalten wird. Die zweite Art ist gekennzeichnet
dadurch, daß dem Lichtbogen elektrische Energie von einer Stromquelle zugeführt
wird, die im wesentlichen konstante Spannung unabhängig vom Stromverbrauch liefert,
wobei diese Art für die Aufrechterhaltung eines konstanten Schweißstromes dadurch
sorgt, daß der Stab dem Lichtbogen mit einer entsprechend ausgewählten, im wesentlichen
konstanten Geschwindigkeit zugeführt wird.
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Bei durch inertes Gas geschütztem Lichtbogenschweißen mit einer abschmelzenden
Elektrode wurde ursprünglicheinekonstanteStabzufuhrgeschwindigkeit angewandt mit
Hilfe eines gebräuchlichen Schweißgenerators mit einer fallenden Charakteristik,
d. h., die Spannung fiel von einem verhältnismäßig hohen Wert (beim Schweißen bzw.
im Leerlauf) bei Kurzschluß schnell auf Null, während der Strom zunahm. In so einem
Fall mußte die Stabzufuhrgeschwindi.gkeit ganz genau eingeregelt werden, weil der
Generator nur eine begrenzte Änderung im Strom bei einer gegebenen Schwankung in
der Lichtbogenlänge (Spannung) hervorrief und darum das System nicht völlig selbstkompensierend
war, d. h., der Vorgang neigte zur Unstabilität.
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Bei den später entwickelten sogenannten »Verfahren mit konstantem
Potential« wurde eine konstante Drahtzufuhrgeschwindigkeit mit einem Schweißgenerator
des flach compoundierten Typs angewandt. Bei einem solchen Generatorentyp schwankt
der Lichtbogenstrom frei und in einem viel weiteren Bereich bei einer gegebenen
Schwankung in der Lichtbogenspannung (Länge). Daher ist das Metalllichtbogenschweißen
»mit konstantem Potential« eher praktisch selbstkompensierend als das zuerst beschriebene.
Es versagt jedoch, wenn die Lichtbogenlänge innerhalb eines weiteren Bereiches konstant
gehalten werden soll, und zwar aus folgenden Gründen: 1. Während eine Stromquelle
»mit konstantem Potential« eine konstante Spannung an ihren Ausgangsklemmen aufrechterhält,
schwankt die an den Lichtbogen selbst angelegte Spannung mit den Stromschwankungen
wegen des Spannungsabfalls in den Leitungen, Anschlüssen, Schaltern usw.
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2. Da ein Metallichtbogen normalerweise im Arbeitsbereich bei konstanter
Länge eine steigende Volt-Ampere-Charakteristik besitzt (»Lichtbogen-Charakteristik«)
und da die für eine gegebene Stromstärke erforderliche Spannung abnimmt; wenn der
Lichtbogen kürzer wird (Stromquellen-Charakteristik), ergibt sich daraus, daß, wenn
der Lichtbogen aus einer Onelle »konstanten Potentials« gespeist wird, -ein Stromanstieg
eine Abnahme der Lichtbogenlänge erfordert. Im allgemeinen ist es erwünscht, eine
gegebene Lichtbogenlänge aufrechtzuerhalten oder sie in Wirklichkeit zu vergrößern,
sobald der Lichtbogenstrom vergrößert wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen
mit einer abschmelzenden Metallelektrode, die durch ein stromführendes Leitrohr
mit einer im wesentlichen konstanten
Geschwindigkeit zugeführt
wird, und unter Verwendung einer Stromquelle mit steigender Volt-Ampere-Charakteristik,
und die Erfindung besteht darin, daß die Neigung der Stromquellen-Charakteristik
(Fig. 5) derart steil gewählt wird, daß unter der Wirkung der stromabhängigen Spannungsabfälle
zwischen Stromquelle und Lichtbogen die Neigung dieser Stromquellen-Charakteristik
am Lichtbogen selbst (51" in Fig. 2) flacher wird als die der zugehorigen reinen
Lichtbogen-Charakteristik (46 bis 50 in Fig. 2).
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Es sind bereits Schweiß-Gleichstromquellen bekannt, deren Spannungsabgabe
mit der Zunahme des Schweißstromes steigt; sie werden zweckdienlich z. B. als übercompoundierte
Gleichstromgeneratoren gebaut. Bei Anwendung von Wechselstrom könnte ein ähnliches
Ansteigen der Volt-Ampere-Charakteristik erzielt werden durch Anwendung eines sättigbaren
Reaktors mit einer Schweißstromrückkopplungsspule, um die Reaktanz herabzusetzen,
wenn der Strom zunimmt. Mit einer entsprechend steigenden Charakteristik wird die
Selbstkompensation der Wirkung .des Spannungsabfalls im Schweißstromkreis vollständig
durchgeführt und ein unerwünschtes Längerwerden des Lichtbogens innerhalb der Betriebsgrenzen
des Stromes erfolgreich vermieden. Der Vorgang ist dabei völlig stabil und ermöglicht
ein Steuersystem für einzelne Schweißregelung; hierbei braucht lediglich die Stabzufuhrgeschwindigkeit
eingeregelt zu werden, um den gewünschten Schweißstrom zu erzielen.
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Ferner erlaubt ein Generator mit Spannungsregler eine befriedigende
Einrichtung zur Erzielung einer steigenden Charakteristik an den Ausgangsklemmen
des Generators.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen
sowie aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschema
zur Veranschaulichung der Erfindunz, Fig. 2 bis 5 eine :graphische Darstellung von
Varianten, die zur Erläuterung der Erfindung dienen, Fig. 6 und 7 Schaltbilder von
Ausführungsformen der Erfindung und Fig. 8 ein Schaltbild zur Veranschaulichung
der verschiedenen Spannungsabfälle im Schweißstromkreis.
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Wie in Fig. 1 dargestellt; ist eine Schweißstromquelle 10 über Leitungen
12 an ein Leitungsnetz angeschlossen. Diese Quelle 10 ist mit Schweißstromausgangsklemmen
14 und 15 versehen. Die Quelle 10 arbeitet derart, daß sie automatisch eine steigende
Volt-Ampere-Charakteristik C, D E (Fig. 5) an den Ausgangsklemmen 14 und 15 der
Quelle erzeugt. Übliche Leitungen 23 und 24 verbinden diese Klemmen mit dem Schweißstab
.oder -draht 26 über eine Kontaktbürste oder ein Leit- bzw. Führungsrohr 28 bzw.
mit dem Werkstück 30.
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Der Draht 26 wird von einer Vorratsrolle 32 gezogen und durch eine
Düse 34 über die Antriebsrollen 36 zugeführt, welche vom Motor 38 angetrieben werden,
dessen Geschwindigkeit mit Hilfe einer Geschwindigkeitssteuervorri:chtung 39 einstellbar
ist, wobei der Motor so arbeitet, daß er den Draht 26 dem Werkstück 30 mit einer
vorbestimmten, im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit, die von der Einstellung
abhängt, zuführt. Ein Schutzgas wird der Düse 34 von einer unter Druck stehenden
Quelle 40 über eine Leitung 42 zugeführt, wobei das Gas unter einem verhältnismäßig
konstanten Druck zugeleitet wird, so daß ein kontinuierlicher Gasstrom 43 aus der
Düse 34 um den Lichtbogen 44 geblasen wird, der während des Schweißvorganges zwischen
dem Ende des Drahtes 26 und der Oberfläche des Werkstückes 30 gebildet wird. Es
ist allgemein bekannt, daß geschmolzenes Metall von dem Ende eines Drahtes 26 zum
Werkstück 30 in Form eines Sprühregens mit einer über der Schwerkraft liegenden
Beschleunigung übergeleitet werden kann. Jedoch ist eine solche sprühregenartige
Übertragung des geschmolzenen Schweißmetalls nicht erforderlich bei Durchführung
der vorliegenden Erfindung, die auf jedes beliebige Verfahren des Lichtbogenschweißens
anwendbar ist, bei dem Schweißmetall durch eine Elektrode in Form eines Stabes oder
Drahtes zugeführt wird, der dem Werkstück mit einer vorbestimmten, verhältnismäßig
konstanten Gre'-schwindigkeit zugeleitet wird.
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Die Linie 58 (Fig. 4) stellt den Spannungsabfall in den Kabeln, Anschlüssen
usw. gegenüber dem Licht-Bogenstrom dar. In Fig. 8 ist Ec der Spannungsabfall in
den Schweißkabeln und Zubehörteilen, Ect der Spannungsabfall, der beim Übergang
des Stromes vom Führungsrohr zur Elektrode eintritt, Eee der Spannungsabfall in
der Elektrodenverlängerung über das Führungsrohr hinaus, Eca die tatsächliche Lichtbogenspannung
und Eps die Ausgangsspannung der Schweißleistunsquelle.
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Eca = Eps- (Ec -h Ect -I- Eee). Da die Summe innerhalb der
Klammern mit dem Lichtbogenstrom zunimmt, ist es klar, daß Eps mit dem Lichtbogenstrom
zunehmen muß, wenn sie diesen Spannungsabfall kompensieren soll.
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Obgleich vorstehend eine Stromquelle erwähnt wurde mit einer Volt-Ampere-Charakteristik,
die nur gerade so weit ansteigt, um diese Kompensation zu bewirken, weist die Kraftquelle
10 nach der Erfindung eine noch steilere Charakteristik auf, um ein unerwünschtes
Längerwerden des Lichtbogens zu verhindern, wenn der Schweißstrom abnimmt.
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Die Art und Weise, wie durch eine hinlänglich steile ; Stromquellencharakteristik
dieses Ergebnis erzielt wird, sowie die sich daraus ergebenden Vorteile, sind aus
den folgenden Überlegungen zu ersehen Ein Metallichtbogen konstanter Länge hat die
Eigenschaft (»Lichtbogen-Charakteristik«), daß die Stromstärke zunimmt, wenn die
am Lichtbogen angelegte Spannung erhöht wird. Die gleiche angelegte Spannung entspricht
bei Lichtbogen kleinerer konstanter Länge einer größeren Stromstärke. Diese Beziehungen
sind in Fig. 2 und: 3 graphisch dargestellt, worin in Fig. 2 die aufwärts geneigten
Linien 46 bis 50 die steigenden Lichtbogen-Charakteristiken verschiedener konstanter
Längen veranschaulichen und die horizontale Linie 51 eine konstante Lichtbogenspannung
darstellt, wie sie z. B. von einer Quelle »konstanten Potentials« bei Nichtvorhandensein
von Spannungsverlusten in den Leitungen am Lichtbugen liegen würde. Die Schnittpunkte
der Linie 51 mit den geneigten Linien 46 bis 50 zeigen, daß bei einer solchen Quelle
konstanten Potentials ein Verkürzen der Lichtbogenlänge die Stromstärke erhöht.
Dabei entsprechen die Linien 46 bzw. 50 der minimalen bzw. maximalen Betriebslänge
des Lichtbogens.
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Die gleichen Beziehungen sind in etwas anderer Form in Fig. 3 dargestellt,
wo die Lichtbogenlänge in Beziehung zum Lichtbogenstrom für verschiedene konstanteWerte
vonLichtbogenspannungen, die durch die abwärts geneigten Linien 52 bis 56 dargestellt
sind,
gezeigt ist und so die horizontale Linie 57 eine festgelegte Lichtbogenlänge veranschaulicht.
In Übereinstimmung mit Fig.2 bestätigt diese Darstellung die Tatsache, daß, wenn
an einen Lichtbogen konstanter Länge eine höhere Spannung angelegt wird, ein größerer
Strom zum Fließen kommt (»Lichtbogen-Charakteristik«).
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Die Auswirkung der Maßnahme, einem Lichtbogen, der also immer eine
steigende Lichtbogen-Charakteristik besitzt, Strom von einer üblichen Stromquelle
mit fallender Stromquellen-Charakteristik zuzuführen, wird deutlich, wenn man die
Bedeutung erwägt, welche das Ersetzen der Linie 51 in Fig. 2 durch die Linie 51'
mit sich bringt.
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Die Linie51' (fallende Stromquellen-Charakteristik) schneidet die
»Rückbrandlinie« 46, also die Kennlinie der Bildung eines zurückbrennenden Lichtbogens
zwischen Leitrohr und Werkstück bei einem höheren Strom als die Linie 51 der konstanten
Lichtbogenspannurig (horizontale Stromquellen-Charakteristik). Unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß die Linie 46 eine Lichtbogenlänge darstellt, die der Entfernung
zwischen dem Werkstück und dem Führungsrohr 28 (Fig.8) zugeordnet ist, führt die
Verschiebung des Schnittpunktes mit der Linie 46 auf einen höheren Stromwert zu
der Möglichkeit, den Lichtbogen bei einer solchen Entfernung fortzusetzen. Das praktische
Ergebnis dieser Maßnahme ist, daß das Führungsrohr der Gefahr von Beschädigungen
durch den Lichtbogen ausgesetzt ist, wenn die Elektrodenzufuhr vorübergehend verzögert
oder angehalten wird. Mit Stromquellen fallender Charakteristik war es daher oft
erforderlich, kostspielige und komplizierte Sicherheitskreise als Schutzmittel für
das Führungsrohr zusätzlich vorzusehen. Stromquellen mit steigender Charakteristik
sind an sich beim Schweißen bereits bekannt.
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Der obenerwähnte Nachteil wird nach der vorliegenden Erfindung beseitigt
durch Wahl einer Stromquelle mit einer derart steilen Neigung, daß unter der Wirkung
der stromabhängigen Spannungsabfälle zwischen Stromquelle und Lichtbogen die Neigung
dieser Stromquellen-Charakteristik am Lichtbogen selbst flacher wird als die der
zugehörigen reinen Lichtbogen-Charakteristik. Unter Hinweis auf die Fig.2 ergibt
sich, daß die Zuführung von Leistung zum Lichtbogen mit einer derart ansteigenden
Charakteristik dadurch dargestellt werden kann, daß die Linie 51 durch eine nach
links, jedoch in einem geringeren Winkel als die Linien 46 bis 50 geneigte Linie
51" ersetzt wird. Wenn die Linie 51" durch den Schnittpunkt der Linien 50 und 51
gezogen wird, um den gleichen maximalen Betriebsstrom zu erhalten, ergibt sich,
daß der Schnittpunkt mit der Linie 46, welcher den geringsten Betriebswert des Schweißstromes
angibt, bei einem niedrigeren Stromwert auftritt, als bei einer Quelle konstanten
Potentials vorhanden ist.
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Um eine Beschädigung des Führungsrohres zu verhindern, ist in einer
vorteilhaften Ausbildung der Erfindung bei dem geringsten Betriebswert der Stromstärke
die Lichtbogenspannung derart bemessen, daß sie die Lichtbogenbildung zwischen der
Elektrode und dem Werkstück gerade noch zuläßt, die Lichtbogenbildung zwischen dem
Führungsrohr und dem Werkstück jedoch ausschließt.
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In Fig. 6 ist ein mit Compoundwicklung versehener Generator G als
Schweißstromquelle veranschaulicht, der sich mit einer steigenden Stromquellen-Charakteristik
für die Zwecke der Erfindung gut bewährt hat. Ein solcher Generator ist mit einem
Anker 60 versehen, dessen Wicklung in Reihe mit einer compoundierten Reihenschlußfeldwicklung
61 und Wendepolwicklungen 62 verbunden ist, die zwischen den Elektrodendraht und
die Ausgangsklemmen 14 und 15 der Stromquelle gelegt sind. Dieser Generator besitzt
auch eine Nebenschlußfeldwicklung 63, die von einem Erregerstromgenerator F_, der
einen Anker 64 und eine Nebenschlußfeldwicklung 65 aufweist, über einen Reihenstromkreis
66 erregt wird, der mit einem Regelwiderstand 67 ausgestattet ist, mit dessen Hilfe
die Schweißspannung an den Ausgangsklemmen 14 und 15 des Generators G eingestellt
werden kann. Die Reihenschlußfeldwicklung 61 des Generators ist mit einem Nebenschlußkreis
68 versehen, der einen Widerstand 69 mit mehreren festen Anzapfungen 70 bis 74 und
einem einstellbaren Abgreifkontakt 75 aufweist.
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Die Neigung der Volt-Ampere-Charakteristik kann mit Hilfe des Nebenschlußkreises
68 über die compoundierte Reihenschlußfeldwicklung 61 eingestellt werden. Zur besseren
Veranschaulichung ist zwar ein mit Anzapfungen versehener Widerstand 69 gezeigt,
jedoch könnte ein Regelwiderstand oder auch ein fester Widerstand verwendet werden,
oder der Stromkreis 68 könnte ganz fortgelassen werden, wenn keine Änderung der
eingestellten Kurvenneigung gefordert wird.
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Die Kurven A-E (Fig. 5) zeigen die Wirkung der verschiedenen Widerstandswerte
im Nebenschlußkreis 68. In jedem Fall erstreckt sich die gezeichnete Kurve nur bis
in die Nähe der höchsten Spannung, und die schnelle Abnahme auf 0 Volt unter den
Bedingungen eines Kurzschlusses ist nicht mehr dargestellt. Wenn der Abgreifkontakt
75 die Anzapfung 70 berührt, wird die Reihenschlußfeldwicklung 61 aus dem Stromkreis
ausgeschaltet; als Folge davon fließt nur gehr wenig Schweißstrom durch die Reihenschlußfeldwicklung61,
während die Generator-Volt-Ampere-Kurve A abwärts geneigt ist, d. h. fallend wird.
Bei Verwendung der Anzapfungen 71 bis 74 wird die prozentuale Größe des Gesamtschweißstromes,
der durch die Reihenschlußfeldwicklung 61 fließt, allmählich erhöht, und die Neigungen
der sich ergebenden Volt-Ampere-Kurven B-E kehren sich um und gehen in eine steigende
Stromquellen-Charakteristik über.
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Während des Betriebes werden sowohl die Reihenschlußfeldwicklung 61
als auch der Widerstand 69 erwärmt; als Folge davon können sich ihre Widerstände
ändern. Solange wie das Verhältnis der Widerstände dieser zwei Komponenten dasselbe
bleibt, wird irgendeine Änderung im Widerstand einer jeden keine Schwierigkeiten
hervorrufen. Wenn sich jedoch das Verhältnis der Widerstände stärker ändert, wird
auch die prozentuale Größe des Schweißstromes, der durch die Reihenschlußfeldwicklung
61 fließt, geändert, wobei sich wiederum die Neigung der Charakteristik in unerwünschter
Weise verändern kann. Deshalb ist es, ausgenommen von dem weiter unten behandelten
Fäll, im allgemeinen erwünscht, mit einem Generator zu arbeiten, dessen Compoundierungsgrad
ungeachtet der Temperaturänderung im wesentlichen fest bleibt.
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Während des Betriebes werden die stromdurchflossenen Vorrichtungen
und die Schweißleistungen wärmer werden und daher einen höheren Widerstand bekommen.
Diese Temperaturerhöhung kann sich in einer Verminderung der tatsächlichen Spannung
am Lichtbogen auswirken. Diese Verminderung kann durch eine entsprechende Ausführung
des Generators kompensiert werden. In einem compoundierten Generator könnte diese
Kompensation durch eine entsprechende
Ausführung des Reihenschlußfeldkreises
und seiner Nebenschlüsse oder durch Reihenschluß-oder Nebenschlußmittel im Nebenschlußfeldkreis
erzielt werden, wobei diese Mittel zweckmäßig einen Temperatur-Widerstandskoeffizienten
aufweisen, welcher die gewünschte Temperaturkorrektur vermittelt.
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Obwohl Fig.6 eine typische Generatoreinrichtung zeigt, gibt es noch
viele andere mögliche Ausführungsformen. Zum Beispiel kann ein Schweißgenerator
mit einem schweißstromabhängigen Spannungsregelsystem angewandt werden. Dieses System
könnte elektronischer Art sein oder auf dem Vibrationskontaktprinzip oder auf dem
Druckregelwiderstandsprinzip oder auf jedem anderen geeigneten bekannten Prinzip
beruhen. Stets aber muß das Spannungsregelsystem so beschaffen sein, daß es die
Ausgangsspannung des Generators erhöht, wenn auch der Schweißstrom erhöht wird.
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Fig.7 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform mit einem Nebenschlußgenerator
J, der mit einem Vibrationskontaktregler 75 versehen ist. Die Kontakte 76 dieses
Reglers liegen im Feldkreis 77 des Schweißgenerators J und schwingen während des
Betriebes ständig, so daß sie Strom durch die Generatornebenschlußwicklung 78 hindurchlassen.
Wenn kein Strom durch die Spule 79 des Reglers 75 fließt, werden die Kontakte 76
geschlossen, und der volle Strom fließt durch die Wicklung 78, wobei entsprechend
die volle Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen 14 und 15 erzielt wird. Der Strom,
der durch die Spule 79 des Reglers fließt, ist bestrebt, die Kontakte 76 durch die
Vibrationsbewegung intermittierend zu öffnen, wodurch die Ausgangsspannung des Generators
J ver-__rnindei'.rd. Wenn die Spule 79 voll erregt wird, bleiben die Kontakte 76
offen, und der Generator J liefert eine Ausgangsspannung, die durch den Strom bestimmt
wird, der durch den Kontaktnebenschlußwiderstand 81 fließt. Mit Hilfe eines Regelwiderstandes
82 kann der durch die Spule 79 fließende Strom so geregelt werden, daß sich das
Regelsystem bei der erwünschten Leerlaufausgangsspannung im Gleichgewicht befindet.
Um Fehlwirkungen zu vermeiden, die auf Grund des Spannungsabfalls in den Schweißleistungen
entstehen könnten, sollten die Anschlußleitungen für diesen Stromkreis möglichst
nahe am Lichtbogen angeschlossen werden.
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Als weitere Verbesserung kann die Spule 80 über den Nebenschluß 83
an den Stromkreis 84 angeschlossen werden, so daß ein Strom proportional dem Schweißstrom
hindurchfließt. Die Spule 80 ist so angeschlossen, daß.der sie durchfließende Schweißstrom
die Kontakte 76 zu schließen sucht. Dies erfordert eine etwas höhere Spannung an
der Spule 79, um einen neuen Gleichgewichtspunkt herbeizuführen; die Ausgangsspannung
wird dabei erhöht, wenn der Schweißstrom erhöht wird. Die Neigung der Stromquellen-Charakteristik
kann durch Auswahl der entsprechenden Anzapfung am Nebenschluß 83 durch entsprechende
andere Mittel geändert werden.
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Die Stabzufuhrgeschwindigkeits-Regelvorrichtung muß bei dem Verfahren
nach der Erfindung eine Geschwindigkeitstoleranz von nicht mehr als ± 10°/o aufweisen.
In bestimmten Fällen liegen diese Schwankungen bei ± 211/o und darunter.
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Um eine Sicherheit gegen Rückbrand des Lichtbogens an das Leitrohr
zu schaffen, zeigt die ansteigende Charakteristik der Stromquelle nach der. Erfindung
den weiteren Vorteil, ein schnelleres Erlöschen des Lichtbogens zu erzielen, wenn
der Zwischenraum vergrößert wird. Beispielsweise ist -es möglich, die Schweißung
lediglich durch Anhalten der Elektrodenzufuhr zu unterbrechen, so daß kein besonderer
Schaltkontakt zur Unterbrechung des' Schweißstromes erforderlich ist.
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Ein Generator mit steigender Volt-Ampere-Charakteristik erlaubt ebenfalls
in an sich bekannter Weise ein sehr einfaches Punktschweißverfahren mit schutzgasumhülltem
Lichtbogen. Hierbei kann man einreal die Stabelektrode zum Werkstück heranbringen,
urn den Lichtbogen zu bilden, den Lichtbogen für eine Zeitlang aufrechterhalten,
die Stabzufuhr unterbrechen und sodann dem Lichtbogen Gelegenheit geben, sich automatisch
zu längen und sich dadurch selbst auszulöschen. Bei einer ebenfalls an sich bekannten
Art wird die Elektrode über den gesamten Schweißvorgang nicht bewegt. Mit zunehmender
Lichtbogenlänge fällt der Lichtbogenstrom ab, bis der Bogen erloschen ist. DieserAbfallstop
ist für dieseSchweißung ideal, da er dazu beiträgt, den Schweißkrater zu verhüten.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist der sogenannten »Lichtbogenschweißung
mit konstantem Potential« aus folgenden Gründen überlegen: 1. Seine Anwendung führt
zu einem Spannungs'-abfall in den Zuleitungen, z. B. Kabeln, weil das kon,, stante
Potential am Generator ein nicht nahezu kön@, stantes Potential am Lichtbogen hervorruft.
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z. Bei seiner Anwendung wird die Lichtbogenlänge konstant gehalten,
und zwar ohne Rücksicht auf den verwendeten Schweißstrom. Bei den herkömmlichen
Systemen mit konstantem Potential wird die Stromstärke größer mit abnehmender Lichtbogenlänge,
was jedoch in den' meisten Fällen unerwünscht ist.
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3. Beispielsweise ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich,
den Stab mit voller Schweißgeschwindigkeit dem Werkstück zuzuführen und einen `
Lichtbogen zu zünden ohne jede Geschwindigkeitsänderung, Verlangsamung oder Zurückbewegung
des Stabes. Es ist zweckmäßig, wenn die Geschwindigkeit, mit welcher der Generator
auf Änderungen in den Lastverhältnissen anspricht, zum Zwecke höchster Vervollkommnung
äußerst hoch ist. Zum Zwecke eines leichten Zündens muß der Kurzschlußstrom schnell
auf einen sehr hohen Wert ansteigen. Beim Metalllichtbogenschweißen mit inerter
Schutzgashülle ist die Elektrodenzufuhrgeschwindigkeit sehr hoch, oft mehr als 10
m/min. Daher werden Änderungen in der Stabzufuhrgeschwindigkeit das Bestreben haben,
die Bogenlänge zu beeinflussen. Spricht der Generator sehr schnell an, wird er jedes
Bestreben in Richtung eines Wandels und hierdurch das Ausmaß des Äbbrandes durch
schnelle Änderung des Lichtbogenstromes derart zu vermindern suchen, daß alle diese
Änderungen oder Schwankungen kompensiert werden.
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4. Die steigende Charakteristik macht den Brenner praktisch rückbrandsicher;
der Mangel dieser Eigenschaft ist ein schwerwiegender Fehler der Systeme »mit konstantem
Potential«.
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5. Im allgemeinen ist es sowohl beim herkömmlichen Metallichtbogenschweißen
mit abfallender Stromquellen-Charakteristik als auch beim Metalllichtbogenschweißen
mit konstantem Potential notwendig, die Lichtbogenspannung wieder zu kompensieren,
wenn der Strom über einen merklichen Bereich hinaus geändert wird, um die erwünschte
Bogenlänge aufrechtzuerhalten. Häufig jedoch ist es erforderlich, bis zur Leistungsquelle
zurückzugehen, um eine solche Spannungseinregelung vorzunehmen. Nach
der
vorliegenden Erfindung wird indessen die Lichtbogenlänge automatisch in der gewünschten
Größe gehalten, wobei die einzige wichtige Regelung, die über einen verhältnismäßig
weiten Bereich der Stromverhältnisse erforderlich ist, die Stromregelung selbst
ist, welche lediglich durch Einregeln der Drahtzufuhrgeschwindigkeit erzielt wird.
Eine solche Schweißstromsteuerung durch Vorschubregelung kann aber in der Nähe des
Brenners angeordnet werden, wodurch eine wirklich einfach zu steuernde Schweißanlage
verwirklicht wird, welche sich auch während des Schweißvorganges einregeln läßt.
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6. In Kombination mit einer Vorschubsteuerung hoher Genauigkeit wird
ein Schweißsystem geschaffen, das sich auch für schwierige Schweißungen eignet.
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7. Die Stromquelle nach der Erfindung eignet sich ferner besonders
gut für Punktschweißen mit schutzgasumhüllten Metallichtbogen. Obwohl die Erfindung
ganz besonders für Metallichtbogenschweißungen mit inerter Schutzgashülle in Betracht
kommt, ist sie hierauf nicht beschränkt; vielmehr läßt sie sich ohne weiteres auch
für jedes andere Metallichtbogenschweißverfahren, bei welchem ein abschmelzender
Metalllichtbogenschweißstab dem Werkstück zugeführt wird, anwenden. DieAtmosphäre,
in welcher derLichtbogen erzeugt wird, kann auch jeder andere Dampf oder Gas sein,
das sich für das Schweißen des oder der Metalle eignet, einschließlich des Unter-Pulver-Schweißens.
Obwohl beim Schweißen mit inerter Schutzgashülle Gleichstrom mit positiv gepolter
Elektrode bevorzugt wird, eignet sich die Erfindung auch für Gleichstromschweißungen
mit negativer Elektrode und auch für Wechselstromschweißungen.