DE102006050297B4 - Pulsed arc process - Google Patents
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Abstract
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren zur Durchführung eines Schweißprozesses bei welchem Material eines als abschmelzende Elektrode verwendeten Schweißdrahtes in ein Schweißbad übertragen wird, mit einem Prozesszyklus, der eine Grundphase sowie eine Impulsphase umfasst, in denen ein Lichtbogen brennt und der Schweißdraht positiv gepolt ist, wobei Material des Schweißdrahtes in einer Kurzschlussphase in das Schmelzbad übertragen wird und die Auflösung des Kurzschlusses durch Stoppen oder Zurückziehen des Schweißdrahtes vom Werkstück zumindest unterstützt wird und nach der Auflösung des Kurzschlusses ein Lichtbogen wieder zündet sowie der Schweißdraht wieder reversiert wird zur Bewegung desselben in Richtung zum Werkstück, wobei zu einem Kurzschluss ein erster Polaritätswechsel durchgeführt wird, bei welchem der Schweißdraht negativ gepolt wird, und nach dem Polaritätswechsel ein Lichtbogen mit negativ gepoltem Schweißdraht zündet, und wobei nach Ablauf einer Lichtbogenphase mit negativ gepoltem Schweißdraht ein zweiter Polaritätswechsel innerhalb des Prozesszyklus durchgeführt wird, bei welchem der Schweißdraht positiv gepolt wird, wobei nach der Impulsphase eine dritte Prozessphase...Inert gas arc welding method for carrying out a welding process in which material of a welding wire used as a melting electrode is transferred to a welding bath, with a process cycle that comprises a basic phase and a pulse phase in which an arc burns and the welding wire is positively polarized, the material of the welding wire is transferred to the weld pool in a short circuit phase and the resolution of the short circuit is at least supported by stopping or withdrawing the welding wire from the workpiece, and after the short circuit is resolved an arc is ignited again and the welding wire is reversed again to move it towards the workpiece, whereby to a short circuit, a first polarity change is carried out, in which the welding wire is negatively polarized, and after the polarity change an arc ignites with a negatively polarized welding wire, and after a light has expired arc phase with a negatively polarized welding wire, a second polarity change is carried out within the process cycle, in which the welding wire is positively polarized, with a third process phase after the pulse phase ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an inert gas arc welding method according to the preamble of
Die Erfindung betrifft ferner ein Schutzgas-Lichtbogen-Schweißvorrichtung zur Durchführung eines solchen Schweißprozesses.The invention further relates to an inert gas arc welding apparatus for carrying out such a welding process.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren umfassen sowohl MIG-(Metall-Inertgas) als auch MAG-(Metall-Aktivgas)Schweißverfahren. Ein Schweißverfahren ist beispielsweise in der internationalen Offenlegungsschrift
Ein solches bekanntes Schweißverfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass der Wärmeeintrag in das Werkstück wesentlich erhöht werden muss, wenn mehr Volumen abgeschmolzen werden soll, um die Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen. Je nach Schweißaufgabe ist jedoch durch das verwendete Werkstück der vertretbare Wärmeeintrag in das Werkstück beschränkt, beispielsweise bei dünnen Blechen, sodass das bekannte Schweißverfahren trotz der beschriebenen Vorteile bei bestimmten Anwendungen doch nachteilig ist.However, such a known welding method has the disadvantage that the heat input into the workpiece must be substantially increased if more volume is to be melted off in order to increase the welding speed. Depending on the welding task, however, the acceptable heat input into the workpiece is limited by the workpiece used, for example in the case of thin metal sheets, so that the known welding method is disadvantageous despite certain advantages in certain applications.
Die Offenlegungsschrift
Die gattungsbildende Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein herkömmliches Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren soweit zu verbessern, dass auch dünnste Bleche verarbeitbar sind und darüber hinaus das Entstehen von Schweißspritzern noch besser vermieden wird.The invention has for its object to improve a conventional gas-shielded arc welding process to the extent that even thinnest sheets are processed and beyond the emergence of weld spatter is even better avoided.
Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise schon mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie mit einer Schutzgas-Lichtbogen-Schweißvorrichtung gemäß Anspruch 16 gelöst.This object is achieved in a surprisingly simple manner with a method according to
Dabei weist das erfindungsgemäße Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren einen Prozesszyklus auf, welcher neben einer Grundphase und einer Impulsphase, in denen ein Lichtbogen brennt und der Schweißdraht positiv gepolt ist, auch eine Kurzschlussphase umfasst, bei welchem der Tropfenübergang startet, mit Abschluss der Kurzschlussphase ist der Tropfenübergang vollständig abgeschlossen. Zu einem Kurzschluss wird ein erster Polaritätswechsel durchgeführt, bei welchem der Schweißdraht negativ gepolt wird, wobei nach dem Polaritätswechsel ein Lichtbogen mit negativ gepolter Elektrode zündet, und wobei nach Ablauf einer Lichtbogenphase mit negativ gepoltem Schweißdraht ein zweiter Polaritätswechsel innerhalb des Prozesszyklus durchgeführt wird, bei welchem der Schweißdraht wieder positiv gepolt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in der dritten Prozessphase nach Ablauf einer Maximalzeit und vor Erreichen des Kurzschlusses ein Polaritätswechsel durchgeführt wird, bei welchem der Schweißdraht von positiv nach negativ gepolt wird. Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren in der dritten Prozessphase mit einem im Vergleich zur Impulsphase vermindertem Energieeintrag in den Schweißdraht gearbeitet wird und nach Ablauf einer vorgegebenen Maximalzeit und vor dem Erreichen des Kurzschlusses eine Umpolung der Schweißspannung erfolgt, ist insbesondere sichergestellt, dass in einer der dritten Prozessphase nachfolgenden Phase bis zum Erreichen des Kurzschlusses kein weiterer Energieeintrag erfolgt. Der Schweißprozess ist im Vergleich zum bekannten Prozess noch „kälter”, so dass mit dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren dünnste Bleche geschweißt werden können, wobei durch das leistungslose Eintauchen der flüssigen Kugel am Ende des Schweißdrahtes in das Schweißbad vollkommen ausgeschlossen ist, dass Spritzer erzeugt werden.In this case, the protective gas arc welding method according to the invention has a process cycle, which in addition to a base phase and a pulse phase in which an arc burns and the welding wire is positively poled, also includes a short-circuit phase at which the droplet transition starts, with completion of the short-circuit phase, the droplet transition is complete completed. For a short circuit, a first polarity change is performed, in which the welding wire is negatively poled, wherein after the polarity change an arc ignites with negatively polarized electrode, and wherein after a Arc phase with negative poled welding wire a second polarity change is performed within the process cycle, in which the welding wire is positively poled again. The inventive method is characterized in that in the third process phase after a maximum time and before reaching the short circuit, a polarity change is performed, in which the welding wire is polarized from positive to negative. The fact that in the process of the invention in the third process phase with a reduced compared to the pulse phase energy input into the welding wire is used and after a predetermined maximum time and before reaching the short circuit, a reversal of the welding voltage, it is particularly ensured that in one of the third Process phase subsequent phase until reaching the short circuit no further energy input takes place. The welding process is compared to the known process even "colder", so that with the welding method according to the invention thinnest sheets can be welded, which is completely excluded by the powerless immersion of the liquid ball at the end of the welding wire in the weld pool that splashes are generated.
Durch die beschriebene Maßnahme wird erreicht, dass innerhalb eines Prozesszyklus durch die negative Polung der Drahtelektrode in einer Lichtbogenphase mehr Material aufgeschmolzen wird, das beispielsweise nach einem Polaritätswechsel mit darauf folgendem Kurzschluss in das Schweißbad mittels eines Kurzlichtbogens mit mechanisch unterstützter Kurzschlussauflösung übertragen werden kann. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass trotz des höheren abschmelzenden Drahtvolumens die Vorteile des gattungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens bei dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren beibehalten werden können. Aufgrund des höheren Energieeintrags in den negativ gepolten Schweißdraht kann auch in dieser Phase des Prozesszyklus die Lichtbogenleistung und damit der Energieeintrag in das Werkstück reduziert gehalten werden. Letztlich kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei höheren Drahtgeschwindigkeiten ein spritzerfreier Tropfenübergang ermöglicht werden.The described measure ensures that more material is melted within a process cycle by the negative polarity of the wire electrode in an arc phase, which can be transmitted for example after a polarity change followed by short circuit in the weld by means of a short arc with mechanically assisted shorting resolution. It has surprisingly been found that, despite the higher melting wire volume, the advantages of the generic arc welding method can be maintained in the welding method according to the invention. Due to the higher energy input into the negatively polarized welding wire, the arc output and thus the energy input into the workpiece can be kept reduced even in this phase of the process cycle. Ultimately, a spatter-free drop transition can be made possible with the inventive method even at higher wire speeds.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren einen Prozesszyklus aufweist, der zumindest die in Anspruch 1 angegebenen Prozessphasen umfasst. Darüber hinaus kann er natürlich auch noch weitere Phasen aufweisen, beispielsweise mehrere hintereinander ablaufende Impulsphasen mit jeweils zugeordneter Kurzschlussphase zum Übertragen zumindest eines Tropfens in das Schweißbad, wobei nicht in jedem Fall einem solchen Kurzschluss ein Polaritätswechsel zugeordnet sein muss. Wesentlich ist, dass zumindest einmal innerhalb des Prozesszyklus ein Polaritätswechsel erfolgt, ein Lichtbogen mit negativ gepolter Elektrode zündet und danach wieder eine Umpolung des Schweißdrahtes erfolgt. Ferner sei noch darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung „zweiter Kurzschluss” nicht ausschließt, dass zwischen dem ersten Kurzschluss und dem zweiten Kurzschluss ein weiterer Kurzschluss vorgesehen ist, gleiches gilt für die Bezeichnung „zweiter Polaritätswechsel”. In der Regel läuft der erfindungsgemäße Prozesszyklus periodisch ab, es kann jedoch auch sein, dass Prozesszykluszeiten aufeinander folgender Zyklen je nach Prozesssteuerung variieren. Wesentliche Prozessparameter, welche gesteuert bzw. geregelt werden, sind dabei die Drahtgeschwindigkeit bzw. -richtung, die Schweißspannung, der Schweißstrom und/oder die Lichtbogenlänge.It should be noted that the protective gas arc welding method according to the invention comprises a process cycle comprising at least the process phases specified in
Während die Schweißspannung in der Regel die Spannung zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück bezeichnet, gibt der Schweißstrom den Strom an, welcher von der Elektrode zum Werkstück fließt. Es ist jedoch auch möglich, als Schweißspannung die Ausgangsspannung der Schweißstromquelle für den erfindungsgemäßen Prozess zu nehmen. Im ersten Fall ist eine genauere Steuerung bzw. Regelung des Schweißprozesses möglich.While the welding voltage typically designates the voltage between the wire electrode and the workpiece, the welding current indicates the current flowing from the electrode to the workpiece. However, it is also possible to take as welding voltage, the output voltage of the welding power source for the process according to the invention. In the first case, a more precise control or regulation of the welding process is possible.
Die Impulsphase unterscheidet sich von der Grundphase in der Regel dadurch, dass mit höheren Werten, beispielsweise mit höherem Schweißstrom oder mit höherer Schweißspannung gearbeitet wird.The pulse phase usually differs from the basic phase in that it works with higher values, for example with a higher welding current or with a higher welding voltage.
Zur Unterstützung des Tropfenübergangs vom Schweißdraht kann, vorzugsweise nach dem Erfassen des Kurzschlusses, die Zuführung des Schweißdrahtes zum Werkstück hin gestoppt und/oder der Schweißdraht vom Werkstück zurückgezogen werden. Um den Schweißvorgang wieder aufzunehmen, ist die Reversierung des Schweißdrahtes notwendig.In order to assist the drop transfer from the welding wire, preferably after the detection of the short circuit, the supply of the welding wire to the workpiece is stopped and / or the welding wire is withdrawn from the workpiece. To resume the welding process, the reversing of the welding wire is necessary.
Zweckmäßigerweise kann diese Reversierung zur Bewegung des Schweißdrahtes in Richtung zum Werkstück nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ab dem Zeitpunkt der Auflösung oder des Auftretens des Kurzschlusses gestartet werden. Hierdurch wird ein ausreichender Abstand zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück erzielt, sodass ein stabiler Lichtbogen erzeugt werden kann, bevor der Schweißdraht wieder in Richtung zum Werkstück bewegt wird.Conveniently, this reversal can be started to move the welding wire in the direction of the workpiece after a predetermined period of time from the time of dissolution or the occurrence of the short circuit. This provides sufficient clearance between the welding wire and the workpiece so that a stable arc can be created before the welding wire is moved back toward the workpiece.
In ähnlicher Weise kann es auch zweckmäßig sein, wenn nach der Auflösung des Kurzschlusses die Reversierung des Schweißdrahtes zur Bewegung desselben in Richtung zum Werkstück erst dann gestartet wird, wenn der Schweißdraht einen vorgegebenen Abstand vom Werkstück erreicht hat.Similarly, it may also be expedient if after the dissolution of the short circuit, the reversing of the welding wire to move it in the direction of the workpiece is only started when the welding wire has reached a predetermined distance from the workpiece.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Draht in Richtung zum Werkstück nach der Auflösung des Kurzschlusses dann zu reversieren, wenn eine vorgegebene negative Drahtgeschwindigkeit erreicht ist. Negativ bedeutet dabei, dass sich der Draht vom Werkstück entfernt. Another possibility is to reverse the wire toward the workpiece after the short circuit is released when a predetermined negative wire speed is reached. Negative means that the wire moves away from the workpiece.
Die Zeitdauern bestimmter Phasen des Prozesszyklus ergeben sich erst während des Ablaufs der Phase je nach Regelung bzw. Steuerung des Schweißprozesses, insofern können aufeinander folgende Prozesszyklen unterschiedliche Zeitlängen aufweisen. Um derartige Unbestimmtheiten zu vermeiden, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die Prozesszyklusdauer der einzelnen Prozesszyklen konstant ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Zeitdauer einer gesteuerten, d. h. vorgebbaren Prozessphase an die Zeitdauer einer geregelten Prozessphase angepasst wird, derartig, dass die gesamte Prozesszyklusdauer, welche die Summe der Zeitdauer der einzelnen Prozessphasen ist, konstant gehalten werden kann. Beispielsweise kann die Grundphase des Schweißprozesses, bei welcher der Schweißdraht positiv gepolt ist, an die Prozessphase angepasst werden, in welcher der Draht bis zum Erreichen einer vorgegebenen Bedingung reversiert wird.The durations of certain phases of the process cycle only arise during the course of the phase, depending on the regulation or control of the welding process, inasmuch as consecutive process cycles can have different lengths of time. In order to avoid such uncertainties, it can be expediently provided that the process cycle duration of the individual process cycles is constant. This can be achieved, for example, by the duration of a controlled, d. H. predeterminable process phase is adapted to the duration of a controlled process phase, such that the entire process cycle duration, which is the sum of the duration of the individual process phases, can be kept constant. For example, the basic phase of the welding process, in which the welding wire is positively poled, can be adapted to the process phase in which the wire is reversed until a predetermined condition is reached.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass bei Beginn des Prozesszyklus dessen Dauer festgelegt wird, jedoch aufeinander folgende Prozesszyklen in der Zeitdauer voneinander abweichen können.In another advantageous embodiment, it can also be provided that at the beginning of the process cycle its duration is determined, but successive process cycles in the time period can differ from one another.
Nachdem innerhalb eines Prozesszyklus ein erster Polaritätswechsel durchgeführt wurde, derartig, dass der Schweißdraht negativ gepolt ist, und nachdem eine Lichtbogenphase mit negativ gepolter Elektrode durchlaufen wurde, erfolgt ein zweiter Polaritätswechsel, bei welchem der Schweißdraht wiederum positiv gepolt wird. Dabei kann der zweite Polaritätswechsel des Prozesszyklus durchgeführt werden, ohne dass ein zugeordneter Kurzschluss zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück angefahren wird. Ein solches Verfahren bietet sich dann an, wenn eine zusätzliche Zündhilfe genutzt werden kann, die sicherstellt, dass nach dem zweiten Polaritätswechsel der Lichtbogen wieder zündet. Eine solche Zündhilfe kann beispielsweise darin bestehen, dass eine große Stromänderungsgeschwindigkeit zusammen mit einer hohen Kreisinduktivität, insbesondere der Induktivität der Schweißdrossel genutzt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise im Kurzschließen des Ausgangs der Schweißstromquelle, wobei wiederum die Kreisinduktivität verwendet wird, um die notwendige Zündspannung zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück zum Zünden des Lichtbogens mit positiv gepoltem Schweißdraht zu erzeugen.After a first polarity change has been carried out within a process cycle, such that the welding wire is negatively poled, and after passing through an arc phase with negatively polarized electrode, a second polarity change takes place in which the welding wire is again positively poled. In this case, the second polarity change of the process cycle can be carried out without an associated short circuit between the welding wire and the workpiece being approached. Such a method is useful if an additional ignition aid can be used, which ensures that the arc ignites again after the second polarity change. Such an ignition aid can be, for example, that a large current change rate is used together with a high circular inductance, in particular the inductance of the welding choke. Another possibility is, for example, short-circuiting the output of the welding power source, again using the circular inductance to produce the necessary ignition voltage between the welding wire and the workpiece to ignite the arc with positively poled welding wire.
Andererseits kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn auch dem zweiten Polaritätswechsel des Prozesszyklus ein Kurzschluss zugeordnet ist, bei welchem beispielsweise auch auf spritzerfreie Weise ein Tropfenübergang von der Spitze des Schweißdrahts in das Schweißbad realisiert ist. Die Einleitung eines solchen Kurzschlusses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass an eine Lichtbogenphase, bei welcher der Schweißdraht negativ gepolt ist, eine weitere Lichtbogenphase mit negativ gepoltem Schweißdraht angeschlossen wird, innerhalb dessen vorgegebene Prozessparameter, insbesondere Lichtbogenspannung, der Lichtbogenstrom und/oder die Drahtgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass innerhalb einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer in der Regel ein zweiter Kurzschluss zwischen Schweißdraht und Schmelzbad erzeugt wird. Auch in diesem Fall ist die Zeitdauer bis zum Erreichen des Kurzschlusses wie beim ersten Kurzschluss, welcher einem ersten Polaritätswechsel zugeordnet ist, nicht genau determiniert. Wie schon für den ersten Polaritätswechsel beschrieben, kann auch beim zweiten Polaritätswechsel nach Ablauf einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer der Polaritätswechsel eingeleitet werden, auch wenn der Kurzschluss noch nicht erreicht ist.On the other hand, however, it may also be expedient if a short circuit is also assigned to the second polarity change of the process cycle, in which case, for example, even in a spatter-free manner, a drop transition from the tip of the welding wire into the weld pool is realized. The initiation of such a short circuit can be achieved, for example, by connecting an arc phase with a negatively poled welding wire to an arc phase in which the welding wire is negatively connected, within the given process parameters, in particular arc voltage, the arc current and / or the wire speed be set that within a predetermined maximum period of time usually a second short circuit between the welding wire and the molten bath is generated. Also in this case, the time duration until the short circuit is reached, as with the first short circuit, which is assigned to a first polarity change, is not precisely determined. As already described for the first polarity change, the polarity change can also be initiated at the second polarity change after a predetermined maximum time has elapsed, even if the short circuit has not yet been reached.
Andererseits kann der zweite Polaritätswechsel in einem weiteren zweckmäßigen Verfahren trotz Erreichens des Kurzschlusses erst dann durchgeführt werden, wenn die weitere Lichtbogenphase mit negativ gepoltem Schweißdraht zumindest eine vorgegebene minimale Zeitdauer angedauert hat. Bei diesem Verfahren erfolgt insofern der Polaritätswechsel verzögert auf den Kurzschluss.On the other hand, in another expedient method, the second polarity change can only be carried out despite reaching the short circuit when the further arc phase with negatively poled welding wire has lasted for at least a predetermined minimum period of time. In this process, the polarity change is delayed in response to the short circuit.
Es sei darauf hingewiesen, dass die weitere Lichtbogenphase mit negativ gepoltem Schweißparameter mit den gleichen Schweißparametern wie die vorhergehende Lichtbogenphase mit negativ gepoltem Schweißdraht ausgeführt werden kann, sodass dann letztlich der Prozesszyklus nur eine einzelne Lichtbogenphase mit negativ gepoltem Schweißdraht aufweisen kann, die wie angegeben durch Anfahren des Kurzschlusses und Durchführung des Polaritätswechsels beendet wird. Andererseits kann erfindungsgemäß der Prozesszyklus jedoch auch noch weitere Lichtbogenphasen mit negativ gepoltem Schweißdraht aufweisen.It should be noted that the further arc phase can be performed with negative poled welding parameters with the same welding parameters as the previous arc phase with negatively poled welding wire, so then ultimately the process cycle can have only a single arc phase with negatively poled welding wire, as indicated by start the short circuit and polarity reversal is terminated. On the other hand, according to the invention, however, the process cycle may also have further arc phases with a negative poled welding wire.
Vorzugsweise wird im Anschluss an die Lichtbogenphase, bei welcher der Schweißdraht negativ gepolt ist, der zweite Polaritätswechsel durchgeführt, wobei Prozessparameter wie Schweißstrom, Schweißspannung und/oder Drahtgeschwindigkeit so eingestellt werden können, dass nach dem zweiten Polaritätswechsel in einer zweiten Kurzschlussphase des Prozesszyklus der zweite Kurzschluss zwischen Schweißdraht und Werkstück erzeugt wird. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn mit dem zweiten Kurzschluss auch flüssiges Material des Schweißdrahts in das Schweißbad eingebracht wird, sodass die Drahtgeschwindigkeit weiter erhöht werden kann.Preferably, following the arc phase, in which the welding wire is negatively poled, the second polarity change is performed, wherein process parameters such as welding current, welding voltage and / or wire speed can be adjusted so that after the second polarity change in a second short-circuit phase of the process cycle, the second short circuit between welding wire and workpiece is generated. It may be useful if with the second short circuit also liquid material of the welding wire is introduced into the weld pool, so that the wire speed can be further increased.
In einer besonderen Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, wenn vor Ablauf der Lichtbogenphase, bei welcher der Schweißdraht negativ gepolt ist, und vor dem zweiten Polaritätswechsel der Lichtbogen gelöscht wird, beispielsweise über die Einschiebung einer Totzeit. Gleiches gilt für den ersten Polaritätswechsel. Insofern kann es vorteilhaft sein, wenn vor Ablauf der Lichtbogenphase, bei welcher der Schweißdraht positiv gepolt ist, und vor dem oben beschriebenen ersten Polaritätswechsel der Lichtbogen gelöscht wirdIn a particular embodiment, it may be expedient if, before the end of the arc phase in which the welding wire is negatively poled, and before the second polarity change, the arc is extinguished, for example via the insertion of a dead time. The same applies to the first polarity change. In this respect, it may be advantageous if the arc is extinguished before the end of the arc phase, in which the welding wire is positively poled, and before the first polarity change described above
Das Zurückziehen des Schweißdrahtes und das nachfolgende Reversieren des Drahtes kann wie vorstehend für die Auflösung des ersten Kurzschlusses beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere kann auf den zweiten Kurzschluss der Schweißdraht zurückgezogen werden, um diesen vom Werkstück wegzubewegen, wobei nach Auflösung des zweiten Kurzschlusses der Schweißdraht wiederum reversiert wird, um diesen in Richtung zum Werkstück zu bewegen. Nach Auflösung des zweiten Kurzschlusses und nach dem zweiten Polaritätswechsel kann dann wiederum ein Lichtbogen gezündet werden, bei welchem der Schweißdraht positiv gepolt ist.The retraction of the welding wire and the subsequent reversal of the wire may be as described above for the dissolution of the first short circuit. In particular, the welding wire can be pulled back to the second short circuit, in order to move it away from the workpiece, wherein after dissolution of the second short circuit, the welding wire is again reversed in order to move it in the direction of the workpiece. After dissolution of the second short circuit and after the second polarity change, an arc can then be ignited again, in which the welding wire is positively poled.
Zur Vermeidung von Überlastungen der Schweißquelle ist vorzugsweise vorgesehen, in den Kurzschlussphasen des erfindungsgemäßen Prozesszyklus den Kurzschlussstrom zu regeln, beispielsweise auf eine Konstante oder einen vorgegebenen Kurvenverlauf. Dagegen können die Lichtbogenphasen, sowohl die mit positiv, als auch die mit negativ gepoltem Schweißdraht mittels Regeln des Schweißstroms oder der Schweißspannung auf einen konstanten Wert oder einen vorgegebenen Kurvenverlauf durchgeführt werden.In order to avoid overloading of the welding source, it is preferably provided to regulate the short-circuit current in the short-circuit phases of the process cycle according to the invention, for example to a constant or a predetermined curve. By contrast, the arc phases, both positive and negative poled welding wires, can be controlled by controlling the welding current or voltage to a constant value or curve.
Vorrichtungsseitig löst die Erfindung die obige Aufgabe mit einer Schutzgas-Lichtbogen-Schweißvorrichtung mit einer Schweißstromquelle, einer Steuereinrichtung, einer Drahtvorschub- und Rückzieheinrichtung, sowie einem Schweißbrenner, wobei die Steuereinrichtung nach dem Starten des Schweißprozesses einen Prozesszyklus durch Steuern bzw. Regeln von Prozessparametern wie Schweißstrom, Schweißspannung, Drahtvorschub bzw. Rückzug, Lichtbogenlänge und/oder Zeitenintervalllängen von Prozessphasen steuert bzw. regelt, wobei der Prozesszyklus eine Grundphase und eine Impulsphase aufweist, in welchem ein Lichtbogen brennt und der Schweißdraht positiv gepolt ist, und wobei in einer Kurzschlussphase nach dem Löschen des Lichtbogens ein Tropfenübergang von dem Schweißdraht in das Schweißbad erfolgt, die Steuerung die Drahtvorschub- und Rückzieheinrichtung nach dem Erreichen des Kurzschlusses ansteuert zum Stoppen des Schweißdrahtes oder zum Rückziehen des Schweißdrahtes vom Werkstück und nachfolgend zum Reversieren, d. h. zum Hinbewegen des Schweißdrahtes zum Werkstück. Die erfindungsgemäße Schutzgas-Lichtbogen-Schweißvorrichtung umfasst ein Mittel zur Erzeugung eines Polaritätswechsels am Ausgang der Stromquelle, um in dem Prozesszyklus den Schweißdraht nach einem Kurzschluss negativ zu polen, wonach ein Lichtbogen mit negativ gepoltem Schweißdraht zündet, nach dessen Erlöschen ein weiterer Polaritätswechsel innerhalb des Prozesszyklus erfolgt, um den Schweißdraht wieder positiv zu polen. Dabei wird auch die Polwechseleinrichtung von der Steuereinrichtung angesteuert. Ferner wird nach der Impulsphase dabei eine dritte Prozessphase mit im Vergleich zur Impulsphase vermindertem Energieeintrag in den Schweißdraht durchgeführt. Die erfindungsgemäße Schutzgas-Lichtbogen-Schweißvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, das sie zur Durchführung eines der oben beschreiben Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren ausgebildet, bei dem in der dritten Prozessphase nach Ablauf einer Maximalzeit und vor Erreichen des Kurzschlusses ein Polaritätswechsel durchgeführt wird, bei welchem der Schweißdraht von positiv nach negativ gepolt wird.On the device side, the invention solves the above object with an inert gas arc welding device with a welding power source, a control device, a wire feed and retractor, and a welding torch, the controller after starting the welding process, a process cycle by controlling or regulating process parameters such as welding current , Welding voltage, wire feed or retraction, arc length and / or time interval lengths of process phases controls, wherein the process cycle has a basic phase and a pulse phase in which an arc is burning and the welding wire is positively poled, and wherein in a short-circuit phase after erasing the arc is a drop transition from the welding wire into the weld pool, the controller controls the wire feed and retractor after reaching the short circuit to stop the welding wire or to retract the welding wire from the We piece and subsequently for reversing, d. H. for moving the welding wire to the workpiece. The inert gas arc welding apparatus according to the invention comprises a means for generating a polarity change at the output of the power source to negatively polish the welding wire in the process cycle after a short circuit, after which an arc ignites with negatively poled welding wire, after its extinction another polarity change within the process cycle takes place in order to polish the welding wire again positive. In this case, the pole changing device is also controlled by the control device. Furthermore, after the pulse phase, a third process phase is carried out with reduced energy input into the welding wire compared to the pulse phase. The protective gas arc welding device according to the invention is characterized in that it is designed to carry out one of the above-described inert gas arc welding process, in which in the third process phase after a maximum time and before reaching the short circuit, a polarity change is performed in which the welding wire of positively poled to negative.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobeiThe invention will be described below by describing several embodiments with reference to the drawings, wherein
Bevor auf die Verwendung des in
Demgegenüber weist das nun mit Bezug auf die
Da die vorliegende Erfindung nicht das Zünden des Lichtbogens beim Schweißstart betrifft, sei nur kurz darauf hingewiesen, dass das Zünden beispielsweise mit Zurückziehen des Drahtes nach dem erstmaligen Aufsetzen des Drahtes auf das Werkstück durchgeführt werden kann. Entsprechende Startparameter werden eingestellt, um den Bedingungen am Nahtanfang wie ein kaltes Werkstück gerecht zu werden. Die vorliegende Erfindung betrifft den Lichtbogenprozess in einem stabilen Zustand nach der Startphase.Since the present invention does not relate to the ignition of the arc at the start of welding, it should be pointed out briefly that the ignition can be carried out, for example, with retraction of the wire after the first placing of the wire on the workpiece. Corresponding start parameters are set to meet the conditions at the beginning of the seam like a cold workpiece. The present invention relates to the arc process in a stable state after the startup phase.
Der in
In der Grundphase t14 wird auf einen geringen Stromwert geregelt, wobei Lichtbogen mit positiv gepoltem Schweißdraht brennt. Es kommt zum Aufschmelzen des Schweißdrahtes und des Werkstückes. Am Ende des Drahtes bildet sich eine kleine Kugel flüssigen Metalls. In der nachfolgenden Prozessphase t15 wird im Vergleich zur Grundphase t14 eine höhere Energie eingebracht. In der Pulsphase t15 wird auf einen konstanten Wert oder einen vorgegebenen Kurvenverlauf des Schweißstroms oder der Schweißspannung geregelt. Dabei ist die Leistung im Puls so eingestellt, dass es zu einem weiteren Aufschmelzen des Drahtes an der Spitze kommt, sodass sich die Kugel flüssigen Metalls vergrößert. Gleichzeitig ist der Kurzlichtbogen so eingestellt, dass die erzeugte Pinchkraft nicht zu einem Ablösen des Tropfens innerhalb der Pulsphase t15 führt. Je nach spezifischer Ausführungsform können verschiedene Pulsflanken zwischen dem Übergang von der Prozessphase t14 in die Prozessphase t15 eingestellt werden. Am Ende der Pulsprozessphase hat sich eine Kugel flüssigen Materials am Schweißdrahtende gebildet.In the basic phase t 14 is regulated to a low current value, with arc burning with positively poled welding wire. It comes to the melting of the welding wire and the workpiece. At the end of the wire, a small ball of liquid metal forms. In the subsequent process phase t 15 , a higher energy is introduced compared to the base phase t 14 . In the pulse phase t 15 is controlled to a constant value or a predetermined curve of the welding current or the welding voltage. At the same time, the power in the pulse is adjusted in such a way that the wire at the tip melts further, increasing the sphere of molten metal. At the same time, the short arc is adjusted so that the generated pinching force does not lead to detachment of the drop within the pulse phase t 15 . Depending on the specific embodiment, different pulse edges can be set between the transition from the process phase t 14 to the process phase t 15 . At the end of the pulse process phase, a ball of liquid material has formed at the welding wire end.
Im Anschluss an die Pulsprozessphase t15 folgt eine weitere Prozessphase t11, in welcher bei weiter brennendem Lichtbogen mit im Vergleich zum Puls verminderten Energieeintrag weiter aufgeschmolzen wird. Für diese dritte Prozessphase t11 wird eine minimale und eine maximale Zeitdauer t11max definiert. In der Regel wird das Zeitintervall in der Prozessphase t11 durch das Auftreten des Kurzschlusses bestimmt. Bei diesem Kurzschluss, d. h. mit dem Abschluss dieses Kursschlusses wird der aufgeschmolzene Tropfen am Schweißdrahtende an das Schweißbad übergeben. Sinkt die Lichtbogenspannung bzw. die Schweißspannung unter eine bestimmte Schwelle von beispielsweise 10 Volt, wird das Ereignis von der Prozessregelung als Kurzschluss interpretiert und es erfolgt der Wechsel von der Prozessphase t11 in die Prozessphase t12, welche als Kurzschlussphase bezeichnet werden kann. Sollte jedoch nach Ablaufen einer maximalen Zeit t11max in der Prozessphase t11 kein Kurzschluss auftreten, wird von der Regelung trotzdem in die Prozessphase t12 gewechselt.Subsequent to the pulse process phase t 15 , a further process phase t 11 follows, in which, when the arc continues to burn, the energy input that is reduced in comparison to the pulse is further melted. For this third process phase t 11 , a minimum and a maximum time duration t 11max is defined. As a rule, the time interval in the process phase t 11 is determined by the occurrence of the short circuit. In this short circuit, ie at the end of this course, the melted drop at the end of the weld wire is transferred to the weld pool. If the arc voltage or the welding voltage falls below a certain threshold of, for example, 10 volts, the event is interpreted by the process control as a short circuit and the change takes place from the process phase t 11 into the process phase t 12 , which can be referred to as a short-circuit phase. However, should no short-circuit occur after expiration of a maximum time t 11max in the process phase t 11 , the control nevertheless switches to the process phase t 12 .
In den Prozessphasen t14 und t15 ist die Drahtgeschwindigkeit positiv, wodurch sich der Schweißdraht auf das Werkstück
Mit dem Beginn der Prozessphase t12 beginnt das Rückziehen des Drahtes wie es der Verlauf der Drahtgeschwindigkeit in der Phase t12 zeigt. Der Draht bewegt sich vom Werkstück weg, was durch die negative Drahtgeschwindigkeit der Prozessphase t12 angezeigt wird. Innerhalb der Kurzschlussphase wird auf einen konstanten Kurzschlussstrom geregelt.With the beginning of the process phase t 12, the retraction of the wire begins as t, the course of the wire speed in the phase 12 shows. The wire moves away from the workpiece, as indicated by the negative wire speed of the process phase t 12 . Within the short-circuit phase is regulated to a constant short-circuit current.
Nach einer bestimmten Zeit öffnet sich die Kurzschlussbrücke zwischen Schweißdrahtende, flüssigem Metall und dem Werkstück
Nach der Prozessphase t12 schließt sich die Phase t13 an, bei welcher der Lichtbogen mit negativ gepoltem Schweißdraht weiter brennt und der Strom für eine vorgegebene Zeitdauer t13 auf einen bestimmten Strom- oder Spannungswert geregelt wird. Durch die Minuspolung des Schweißdrahtes wird im Vergleich zu den Verhältnissen in der Grundphase t14 bei gleicher elektrischer Leistung erheblich mehr Draht angeschmolzen. Nach Ablauf des Zeitintervalls t13 erfolgt ein zweiter Polaritätswechsel durch erneutes Umpolen der Ausgangsspannung, womit die Prozessphase t14 startet. In dem in
Prozessseitig ist sichergestellt, dass nach der Durchführung der zweiten Polaritätsänderung mit Beginn der schon beschriebenen Grundphase t14 der Lichtbogen wieder startet. Hierzu kann beispielsweise mit einer ausreichend hohen Schweißstromänderungsgeschwindigkeit gearbeitet werden, welche in Verbindung mit den Induktivitäten im Schweißkreis, insbesondere einer Schweißdrossel dafür sorgt, dass eine hohe Zündspannung zum Zünden des Lichtbogens bereitsteht.On the process side, it is ensured that, after the second polarity change has been carried out, the arc starts again at the beginning of the already described basic phase t 14 . For this purpose, it is possible, for example, to work with a sufficiently high welding current change rate which, in conjunction with the inductances in the welding circuit, in particular a welding choke, ensures that a high ignition voltage is available for igniting the arc.
In ähnlicher Weise kann zum genannten Zeitpunkt auch der Ausgang der Schweißstromquelle durch einen schnellen Schalter kurzgeschlossen werden, wodurch der Strom ansteigt und danach der Schalter wieder geöffnet werden kann. Es wird in beiden Fällen eine Zündspannung erzeugt, die wesentlich höher als die Lehrlaufspannung des Schweißkreises ist. Danach kann der beschriebene Prozesszyklus wieder von vorne beginnen.Similarly, at the same time, the output of the welding power source can be short-circuited by a fast switch, whereby the current increases and then the switch can be opened again. In both cases, an ignition voltage is generated which is substantially higher than the idling voltage of the welding circuit. Thereafter, the process cycle described can start all over again.
In der beschriebenen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gesamtdauer der Prozesszyklen konstant ist, wobei die Zeitintervalle t11 und t14 variabel sind und dementsprechend aufeinander abgestimmt werden, wobei die anderen Prozessphasenzeitintervalle innerhalb eines Prozesszyklus vorgegeben sind. Es gilt: t11 + t12 + t13 + t14 + t15 = konstant.In the described embodiment, it is provided that the total duration of the process cycles is constant, wherein the time intervals t 11 and t 14 are variable and, accordingly, are coordinated with each other, the other process phase time intervals within one process cycle are predetermined. The following applies: t 11 + t 12 + t 13 + t 14 + t 15 = constant.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Gesamtprozessdauer jeweils für den folgenden Prozesszyklus vorbestimmt. Somit kann die Prozessregelung in Abhängigkeit von Prozessparametern wie der Pulsspannung eine gewünschte Zeitdauer des Prozesszyklus berechnen und vor dem nächsten Zyklus festlegen. Dabei können Zeitintervalle, welche vor dem Ablauf des Prozesszyklus festgelegt wurden, in darauf folgenden Prozesszyklen auf andere Werte festgelegt werden.In a further embodiment, the total process time is predetermined for each subsequent process cycle. Thus, depending on process parameters such as the pulse voltage, the process control can calculate a desired time duration of the process cycle and set it before the next cycle. Time intervals that were defined before the end of the process cycle can be set to other values in subsequent process cycles.
Danach schließt sich wiederum eine Prozessphase, hier t35 an, in welcher mit einem im Vergleich zur vorhergehenden Phase erhöhten Energieeintrag gearbeitet wird. Die Zeitdauer t35 wird für einen einzelnen Prozesszyklus vorbestimmt, kann jedoch von Zyklus zu Zyklus variieren. Dadurch, dass der Schweißdraht von der Phase t35 negativ gepolt ist, erfolgt ein hoher Energieeintrag in dem Schweißdraht. Im Gegensatz zu dem in
Nach dem Polwechsel zu Beginn der Prozessphase t36 liegt die Leerlaufspannung an. Ein Schweißstrom fließt nicht und der Draht bewegt sich auf das Werkstück. Beim Erreichen des Kurzschlusses zu Beginn der Prozessphase t37 geht die Schweißspannung auf den Kurzschlusswert, wobei auf einen niedrigen Schweißstrom geregelt wird, der konstant sein kann oder eine bestimmte Kurvenform aufweisen kann. Mit dem Kurzschluss wird die Drahtförderung umgekehrt, wodurch die Kurzschlussbrücke zwischen flüssigem Metall, Draht und Werkstück zu Beginn der dann folgenden Grundphase t38 aufreißt, wodurch ein Lichtbogen mit positiv gepoltem Schweißdraht wieder zündet. Mit dem Lösen des Kurzschlusses geht flüssiges Material von der Schweißelektrode vollständig in das Schweißbad über.After the pole change at the beginning of the process phase t 36 , the open circuit voltage is applied. A welding current does not flow and the wire moves on the workpiece. Upon reaching the short circuit at the beginning of the process phase t 37 , the welding voltage goes to the short-circuit value, being regulated to a low welding current, which may be constant or have a certain waveform. With the short circuit, the wire feed is reversed, causing the shorting bridge between liquid metal, wire, and workpiece to rupture at the beginning of the then basic phase t 38 , thereby re-igniting an arc with positively poled welding wire. With the release of the short circuit, liquid material passes completely from the welding electrode into the weld pool.
Auch bei dem in
Erfindungsgemäß muss das erneute Reversieren des Drahtes von negativer zu positiver Drahtgeschwindigkeit nicht in Abhängigkeit vom Auflösen des Kurzschlusses zwischen Draht, flüssigem Metall und Werkstück erfolgen. Stattdessen kann als Trigger für das erneute Umkehren der Drahtbewegung von der negativen Richtung in die positive Richtung auch das Erreichen einer vom Draht zurückgelegten vorgegebenen Wegstrecke, die für Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer oder das Erreichen einer vorbestimmten Drahtgeschwindigkeit in negativer Richtung dienen.According to the invention, the renewed reversing of the wire from negative to positive wire speed does not have to occur in response to the dissolution of the short circuit between wire, liquid metal and workpiece. Instead, as a trigger for reverting the wire movement from the negative direction to the positive direction, it is also possible to achieve a predetermined distance traveled by the wire, which lapses for a predetermined period of time or reaches a predetermined wire speed in the negative direction.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schweißgerätwelding machine
- 22
- Schweißquellewelding source
- 33
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 44
- PolaritätswechseleinrichtungPolarity changing means
- 55
- DrahtvorschubeinrichtungWire feeder
- 66
- Drahtpufferwire buffer
- 77
- Brennerburner
- 88th
- LichtbogenElectric arc
- 99
- Werkstückworkpiece
- 1010
- DrehstromversorgungPhase power supply
- 1111
- Schweißdrahtwelding wire
- IS I S
- Schweißstromwelding current
- US U S
- Schweißspannungwelding voltage
- VD V D
- Drahtgeschwindigkeitwire speed
- Tij T ij
- Prozessphase bzw. Zeitdauer der Prozessphase; i = 1..5; j = 1..9Process phase or duration of the process phase; i = 1..5; j = 1..9
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