DE1095966B

DE1095966B - Verfahren zur Zuendung von Schweisslichtboegen

Info

Publication number: DE1095966B
Application number: DEG27472A
Authority: DE
Inventors: Franz Tajbl; Max Gillitzer
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1959-07-08
Filing date: 1959-07-08
Publication date: 1960-12-29
Also published as: CH390407A

Description

Gesellschaft für Lindes Eismaschinen Aktiengesellschaft, Zweigniederlassung Höllriegelskreuth, Höllriegelskreuth bei München Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstzündung eines Gleichstrom- oder Wechselstrom-Schweißlichtbogens und zusätzlichen stabilisierenden Unterstützung eines Wechselstromlichtbogens.
Es sind bereits Verfahren der erwähnten Art bekannt, bei denen eine Erstzündung des Schweißlichtbogens durch HF- oder Impulsspannungen im Bereich von 6 bis 10 kV erfolgt. Da derartig hohe Spannungsspitzen die gesetzgeberischen Auflagen hinsichtlich Störungsfreiheit nicht erfüllen, können diese Verfahren in vielen Ländern nicht verwendet werden.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem in Verbindung mit dem Schweißkopf eine offene Hilfsentladungsstrecke verwendet wird, deren Strahlung auf die Strecke zwischen Schweißelektrode und Werkstück fällt. Bei nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen ist es notwendig, zur Erstzündung die Hilfsentladungsstrecke dem Werkstück so weit zu nähern, daß der Kanal der Hilfsentladungsstrecke das Werkstück berührt. Danach erfolgt dann eine Zündung des Schweißlichtbogens, welcher durch Entfernung des Schweißkopfes vom Werkstück auf die gewünschte Länge auseinandergezogen werden kann. Eine Ausnutzung der Strahlungsionisation der Hilfsentladungsstrecke zur Erstzündung des eigentlichen Schweißlichtbogens erfolgt hierbei nicht. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Hilfsentladungsstrecke dauernd brennen muß und beim Betrieb in Luft einem sehr starken Elektrodenverschleiß ausgesetzt ist. Betreibt man andererseits die Hilfsentladungsstrecke durch dauerndes Einblasen von Schutzgas, so entsteht ein unwirtschaftlich hoher Verbrauch an teurem Schutzgas.
Gemäß einem anderen Verfahren ist es bekannt, in gewissem Abstand von einer Schweißelektrode eine mit einem Funkengenerator verbundene Hilfselektrode anzuordnen, wobei beide Elektroden etwa gleichen Abstand zum Werkstück besitzen. Mit einem derartigen Verfahren kann zwar unter gewissen Voraussetzungen bei einmal brennendem Schweißlichtbogen eine Stabilisierung desselben erreicht werden, eine Erstzündung von Gleichstrom- oder Wechselstrom-Schweißlichtbögen würde jedoch denkbar unzuverlässig wirken, so daß eine praktische Verwendung für den letztgenannten Zweck nicht in Frage kommt.
Es sind schließlich Verfahren bekannt, welche durch Einblasen eines radioaktiven Gases in die Strecke zwischen Schweißelektrode und Werkstück eine Ionisierung derselben bewirken. Da die Strahlungsenergie radioaktiver Stoffe um Größenordnungen über der Ionisationsenergie der in der Schweißlichtbogenstrecke vorhandenen Gase liegt, ist die Ionisationswahrscheinlichkeit und damit der Ionisationsgrad für das zwischen Schweißelektrode und Werkstück befindliche Gas gering. Außerdem sind strenge Schutzmaßnahmen bezüglich radioaktiver Verseuchung derUmgegend zu treffen, welche das Verfahren für die Praxis ungeeignet machen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines störstrahlungsarmen Verfahrens insbesondere zur Erstzündung von Gleichstrom- oder Wechselstrom-Schweißlichtbögen, bei dem eine Berührung der Schweißelektrode mit dem Werkstück nicht notwendig ist. Erreicht wird dies erfindungsgemäß durch die an sich bekannten Merkmale a) und b) und die Merkmale c) und d) a) An Schweißelektrode und Werkstück wird eine Zündspannung aus HF- oder Impulsgeneratoren angelegt; b) es wird eine offene Hilfsentladungsstrecke verwendet, deren Strahlung auf die Strecke zwischen Schweißelektrode und Werkstück fällt; c) die Hilfsentladungsstrecke ist außerhalb des Schweißbrenners oder in bekannter Weise innerhalb der Brennerdüse angeordnet; d) die Hilfsentladungsstrecke wird entweder als Lichtbogen betrieben oder an eine HF- oder Impulsspannung gelegt, die synchron zu der Spannung gemäß Merkmal a) ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt nicht nur eine stabilisierende Unterstützung eines Wechselstrom-Lichtbogens, sondern vorzugsweise eine bisher unerreichte Sicherheit bei der Erstzündung von Gleichstrom- und Wechselstrom-Schweißlichtbögen, insbesondere dann, wenn infolge gesetzgeberischer Auflagen die dem Schweißlichtbogen überlagerte HF- oder Impulsspannung kleiner als 3 kV ist und der Elektrodenabstand bis zu 5 mm beträgt. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß Fig. 1 ist in einer Brennerdüse 1 durch eine Keramikplatte 2 mit einer konzentrischen Bohrung 3 und eine durch diese ragende Spannzange 4 eine Wolframelektrode 5 festgehalten. DieDüse 1 ist mit einem Brenner6 verschraubt, welcher zusammen mit der Düse 1 die Keramikplatte 2 in ihrer Lage festhält. Der Abstand zwischen der Elektrode 5 und einem Werkstück 7 beträgt bei dieser Ausführungsform etwa 4 bis 5 mm. Die Elektrode 5 und das Werkstück 7 sind sowohl mit einer Schweißstromquelle 8 als auch mit einer parallel hierzu geschalteten HF- oder Impulsspannungsquelle 9 verbunden. Die Spannungsquelle 9 arbeitet hierbei auf den üblichen Frequenzen im Bereich von 100 bis 500 kHz. Der Ausgang der Spannungsquelle 9 ist sowohl mit der Elektrode 5 als auch mit der Düse 1 über einen Kondensator 10 verbunden. Statt des Kondensators 10 kann auch ein Widerstand 11 oder eine Drossel 12 in den Stromkreis geschaltet werden. Bei Inbetriebnahme der Spannungsquelle 9 entsteht hierbei zwischen der Düse 1 und der Spannzange 4 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Keramikscheibe 2 eine Gasentladung, deren Licht in einem Strahl 13 auf den zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 7 befindlichen Zwischenraum fällt. Infolge der hierbei entstehenden Ionisation erfolgt dann eine Zündung des Schweißlichtbogens zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 7. Die Bauelemente 10 bis 12 dienen zur Begrenzung der von der Hilfsentladungsstrecke aufgenommenen Energie und werden vorzugsweise so dimensioniert, daß die der Hilfsentladungsstrecke zugeführte Teilenergie etwa 10°/o derjenigen des Schweißlichtbogens beträgt.
Folgende Werte haben sich als günstig erwiesen:

5 000 bis 10 000 pF für den Kondensator 10,

50 000 bis 3 000 Ohm für den Widerstand 11,

1008,H bis 50 mH für die Drossel 12.

Durch geeignete Wahl der Bauelemente 10 bis 12 kann erreicht werden, daß die Phasenverschiebung zwischen Hilfsfunken und Hauptfunken beim Zünden des Schweißlichtbogens nicht zu groß wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die HF-oder Impulsspannungsquelle 9 über die Bauelemente 10, 11 oder 12 an eine außerhalb des Schweißbrenners 6 angeordnete Hilfsentladungsstrecke 14 angeschlossen, von deren Elektroden 15 und 16 eine Strahlung 17 auf die Strecke zwischen der Schweißelektrode 5 und dem Werkstück 7 fällt. Die übrigen Bauteile entsprechen denjenigen in Fig. 1 und sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Ausführungsform von Fig. 2 ist besonders vorteilhaft bei automatischen Schweißanlagen mit bewegtem Werkstück und stillstehendem Brenner anwendbar. Auch bei Handschweißbrennern ist diese Ausführung konstruktiv oft leichter ausführbar als diejenige von Fig. 1.
Anstatt an die HF- oder Impulsspannungsquelle 9 kann die Hilfsentladungsstrecke 14 auch an eine Niederspannungsquelle angeschlossen sein und als Lichtbogen brennen. Damit in diesem Fall der Hilfslichtbogen nicht nach jeder Schweißpause neu gezündet werden muß und im Interesse einer langen Lebensdauer der Elektroden 15 und 16 wird eine geringe Menge Schutzgas, vorzugsweise 0,51 Argon pro Minute in die Hilfsentladungsstrecke 14 eingeleitet. Durch das Schutzgas kann die Zündspannung so weit herabgesetzt und der Abstand zwischen den Elektroden 15 und 16 entsprechend vermindert werden, daß eine Erstzündung der Hilfsentladungsstrecke durch einen Spannungsimpuls mit Sicherheit erfolgt.
Wird die Hilfsentladungsstrecke in Fig. 1 oder 2 durch eine HF- oder Impulsspannungsquelle betrieben, so sollte die Entfernung zwischen Schweißstelle und Hilfsentladungsstrecke nicht über 15 cm betragen. Läßt man hingegen die Hilfsentladungsstrecke mit Stromstärken von 0,5 bis 5A als Lichtbogen brennen, so kann die Entfernung von der Schweißlichtbogenstrecke bis zu 50 cm betragen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel derErfindung kann die mit Stromstärken bis zu maximal 5A als Lichtbogen brennende Hilfsentladungsstrecke auch von einem Teil der Energie der Spannungsquelle 9 überlagert sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erstzündung eines Gleichstrom-oder Wechselstrom-Schweißlichtbogens ohne Kontaktberührung zwischen Elektrode und Werkstück und zur zusätzlichen stabilisierenden Unterstützung eines Wechselstrom-Lichtbogens, gekennzeichnet durch die an sich bekannten Merkmale a) und b) und die Merkmale c) und d) a) An Schweißelektrode (5) und Werkstück (7) wird eine Zündspannung aus HF- oder Impulsgeneratoren (9) angelegt; b) es wird eine offene Hilfsentladungsstrecke verwendet, deren Strahlung (13, 17) auf die Strecke zwischen Schweißelektrode (5) und Werkstück (7) fällt; c) die Hilfsentladungsstrccke ist außerhalb (14 bis 16) des Schweißbrenners oder in bekannter Weise innerhalb (2) der Brennerdüse (1) angeordnet; d) die Hilfsentladungsstrecke wird entweder als Lichtbogen betrieben oder an eine HF- oder Impulsspannung gelegt, die synchron zu der Spannung gemäß Merkmal a) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb der Hilfsentladungsstrecke von der für die Spannungsüberlagerung der Strecke Schweißelektrode (5)-Werkstück (7) vorhandenen HF- oder Impulsspannungsquelle (9) eine Teilenergie abgezweigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilenergie etwa 100/, beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsentladungsstrecke mit einem Gleichstromlichtbogen von 0,5 bis 5A getrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfslichtbogen bekannterweise in einer Edelgasatmosphäre betrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißlichtbogen in bekannter Weise in einer Schutzgasatmosphäre brennt. In Betracht gezogene Druckschriften: DeutschePatentschriftenNr. 952463,1016865,1039675, 735791, 1006987; britische Patentschrift Nr. 768912; USA.-Patentschriften Nr. 2770710, 2646492.