DE1100206B - Anordnung zum Schutzgas-Lichtbogen-Punktschweissen mit Hilfselektrode - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Schutzgas-Lichtbogen-Punktschweißungen ohne Verwendung von Hochfrequenzstrom zum Zünden des Lichtbogens durchzuführen, in dem ein dauernd brennender Hilfslichtbogen erzeugt wird. Dieses Verfahren beginnt damit, daß der Hilfslichtbogen zwischen der mit der Metall-Gasdüse des Brenners leitend verbundenen Hilfselektrode und der Hauptelektrode erzeugt wird; beim Aufsetzen des Brenners berührt die Metalldüse das Werkstück und überträgt das Potential der Hilfselektrode damit auf das Werkstück. Dadurch wird der Fußpunkt des Hilfslichtbogens von der Hilfselektrode bzw. Düse auf die Schweißstelle des Werkstückes verlagert. Sodann wird der Schweißstrom eingeschaltet, der Schweißlichtbogen wird durch den Hilfslichtbogen gezündet. Nach beendeter Schweißung wird durch ein Zeitrelais der Schweißstrom abgeschaltet, so daß nur noch der Hilfslichtbogen zwischen der Hauptelektrode und der Schweißstelle brennt. Beim Abheben der Metalldüse vom Werkstück wird dieses stromlos, und der Fußpunkt des Hilfslichtbogens wandert wiederum von der Schweißstelle zurück zur Hilfselektrode, so daß der Hilfslichtbogen weiter zwischen Hauptelektrode und Hilfselektrode brennt bis zum Beginn des nächsten Schweißpunktes.

Mitunter treten jedoch Schwierigkeiten auf durch Doppellichtbogenbildung; beim Abheben der Metalldüse vom Werkstück teilt sich mitunter der brennende Hilfslichtbogen in zwei Teillichtbögen auf, von denen der eine zwischen Hauptelektrode und Werkstück und der andere zwischen Werkstück und Düse steht. Durch diesen Doppelbogen wird das meist dünne Werkstück beschädigt, außerdem wird auch die Hilfselektrode bzw. der Düsenrand in Mitleidenschaft gezogen.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. Die Erfindung betrifft somit eine Anordnung zum Schutzgas-Lichtbogen-Punktschweißen mit einer nicht abschmelzenden negativ gepolten Hauptelektrode und mit einer nicht abschmelzenden positiv gepolten Hilfselektrode, die an je einer besonderen Gleichstromquelle etwa übereinstimmender Leerlaufspannung liegen, und mit einem zum Zünden des Schweißlichtbogens dienenden Hilfslichtbogen, der entweder zwischen Hauptelektrode und Hilfselektrode oder zwischen Hauptelektrode und Werkstück brennt, und mit einer leitend mit der Hilfselektrode verbundenen, elektrisch leitenden Metalldüse, die durch Aufsetzen auf das Werkstück als Schaltelement dient.

Die bekannten Anordnungen arbeiten entweder mit einer einzigen Stromquelle für den Schweißlichtbogen und den Hilfslichtbogen, wobei dieser über einen Widerstand angeschlossen ist und das Werkstück über einen relaisgesteuerten Kontakt nur in den Schweiß-Anordnung zum Sdiutzgas-Lichtbogen-Punktschweißen mit Hilfselektrode

Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Dezember 1958

Robert Linford Hackman, Morris Plains, N. J.,
Raymond Patrick Sullivan, Jersey City, N. J.,
und Roscoe Robert Lobosco, Fanwood, N. J.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Stromkreis eingeschaltet wird, nicht jedoch in den Hilfslichtbogenkreis, oder es werden auch zwei getrennte, etwa gleiche Leerlaufspannung aufweisende Stromquellen für den Schweißstrom und den Hilfslichtbogenstrom eingesetzt.

Die Erfindung besteht darin, daß Mittel vorgesehen sind, um bei Abheben der Düse vom Werkstück diese eine kurze Zeit lang mit dem Werkstück leitend verbunden zu halten.

Dadurch wird erreicht, daß im kritischen Augenblick, also bei Abheben der Düse bzw. Hilfselektrode vom Werkstück, zwischen Werkstück und Hilfselektrode ein Kurzschluß gelegt wird, so daß die Ausbildung eines Teillichtbogens zwischen diesen beiden Punkten verhindert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die am positiven Pol der Hilfsstromquelle liegende Hilfselektrode bzw. Düse mit dem Werkstück über einen Widerstand und einen Relaisruhekontakt verbunden, dessen Relaiswicklung in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand parallel zu den Klemmen der Hilfsstromquelle liegt, und die Widerstände sind derart bemessen, daß das Relais den Kontakt erst kurze Zeit nach Abziehen der Düse vom Werkstück öffnet.

Bei einer anderen Ausführung wird der positive Pol der Hilfsstromquelle mit dem Werkstück über

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einen Ruhekontakt eines Relais verbunden, das in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand an den Klemmen der Schweißstromquelle liegt, und im netzseitigen Anschluß der Schweißstromquelle ist ein Ruhekontakt eines Relais angeordnet, dessen Wicklung in die Leitung zwischen dem positiven Pol der Hilfsstromquelle und der Hilfselektrode geschaltet ist, und die Widerstände sind derart bemessen, daß das Relais den Kontakt erst kurze Zeit nach Abheben der Düse vom Werkstück öffnet und das Sperrelais bei Übergang des Hilfslichtbogens auf die Hilfselektrode die Speisung der Schweißstromquelle durch öffnen des Kontaktes unterbricht.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Erfindung und

Fig. 2 ein Schaltschema einer abgewandelten Ausführungsform dieser Erfindung.

Nach Fig. 1 liegt eine Schweißlichtbogengleichstromquelle 1 an einer Hauptelektrode 3 und dem Schweißwerkstück 5. Der negative Anschluß einer Hilfslichtbogengleichstromquelle7 ist an die Hauptelektrode 3, der positive Anschluß sowohl an die Hilfselektrode bzw. Düse 9 als auch außerdem über den Schalter 17 und den Widerstand 15 an das Werkstück 5 angeschlossen. Ein spannungsempfindliches Relais 11 und ein Regelwiderstand 13 liegen an der Düse 9 und der Hauptelektrode 3. Der Widerstand 15 liegt in der von der Hilfslichtbogenstromquelle 7 zum Werkstück 5 führenden Leitung. In dieser Leitung liegt auch der für gewöhnlich geschlossene Schalter 17 des Spannungsrelais 11, das den zum Werkstück führenden Hilfslichtbogenkreis öffnet oder schließt. Die Ausgangsspannung der Hilfslichtbogenstromquelle 7 ist praktisch gleich derjenigen der Schweißkraftquelle 1.

Im Stromkreis gemäß der Erfindung ist der zusätzliche, bei bisherigen Hilfslichtbogeneinrichtungen verwendete Schweißstromschalter ganz fortgelassen. Gehört die Schweißstromquelle 1 dem Gleichrichtertyp an, ist das Fortlassen des zusätzlichen Schalters ein technischer Vorteil, doch lassen sich noch andere günstige Ergebnisse der vorliegenden Erfindung erzielen, wenn ein solcher zusätzlicher oder sekundärer Schweißschalter im Schaltkreis verbleibt.

Ein Hilfslichtbogen wird zu Beginn mittels einer Sonde oder Zündelektrode (Wolframbleistift) zwischen der Hauptelektrode 3 und der Düse 9 gezündet. Ist die Bedienungsperson zum Punktschweißen bereit, wird der Lichtbogenbrenner dem Werkstück 5 genähert. Wenn die Düse 9 das Werkstück berührt, erhalten beide dasselbe Potential, und der Fußpunkt des Hilfslichtbogens wird von der Düse 9 auf das Werkstück 5 übertragen, da der Lichtbogenspalt zwischen dem "Werkstück 5 und der Hauptelektrode 3 kleiner ist als der zwischen der Elektrode 3 und der Düse 9. Der Strom für den Hilfslichtbogen fließt also von der Hilfslichtbogenquelle 7 zur Hauptelektrode 3 im Lichtbogen zum Werkstück 5 und zurück über die Düse 9 zur Stromquelle 7. Etwas Strom fließt außerdem zurück über den geschlossenen Ruhekontakt 17 des Spannungsrelais 11, weiter über den Widerstand 15 zur Stromquelle 7. Die Bedienungsperson schließt dann •einen Steuerschaltkreis, der die Schweißschalter WC 1 bis WC 3 schließt, und Schweißstrom fließt dann von der Schweißstromquelle 1 zur Hauptelektrode 3, über •den Hilfslichtbogen zum Werkstück 5 und zurück zur ~_\ 'Stromquelle 1, wobei das Werkstück, das sich unter dem mit inertem Gas, wie Argon, gespeisten Brenner befindet, punktgeschweißt wird.

Nach Beendigung des Punktschweißens öffnet die Bedienungsperson den Steuerkreis, wodurch sich die Schalter WC 1 bis WCZ öffnen, unterbricht den Hauptschweißbogenkreis und trennt den Lichtbogenbrenner vom Werkstück 5. Wenn die Düse 9 vom Werkstück 5 weggezogen wird, vergrößert sich die Länge und damit der Spannungsabfall des Hilfslichtbogens, was die wirksame Spannung am Relais 11 erhöht. Außerdem wird im Augenblick, wo die Düse 9 vom Werkstück 5 weggezogen wird, der Widerstand 15 wirksam, und der Hilfslichtbogenstrom stellt dann sofort an diesem Widerstand einen Spannungsabfall her. Dieser dient zwei wichtigen Zwecken:

1. Er steigert die wirksame Spannung am Relais 11, so daß dieses bei Trennung von Düse und Werkstück empfindlicher anspricht;

2. er setzt die Düse 9 auf ein höheres Potential als das Werkstück 5 und sucht somit den Hilfslichtbogen zwangläufig zur Verlagerung des Fußpunktes von dem Werkstück 5 zur Düse 9 zu bringen, und zwar sogar noch bevor der Schalter 17 sich öffnet.

Als Folge dieser Vorgänge zieht das Relais 11 an, nachdem sich zwischen der Hauptelektrode und dem Werkstück eine Lücke gebildet hat. Der tatsächliche Betriebspunkt des Relais 11 wird durch die Einstellung des Widerstandes 13 bestimmt.

Zieht das Relais 11 an, öffnet es den Schalter 17, und der Hilfslichtbogen wird nun gezwungen, entweder zwischen Hauptelektrode und Düse überzugehen oder zu erlöschen. Die Tatsache, daß das höhere Potential an der Düse bereits den Hilfslichtbogen zur Verlagerung dort hinzubringen suchte, gestaltet den Verlagerungsvorgang zwangläufig, und deshalb erlöscht der Hilfslichtbogen, nicht.

Obwohl der erste Zweck des oben beschriebenen Schaltkreises darin besteht, den Fußpunkt des Hilfslichtbogens von dem Werkstück zurück zur Düse zu verlegen, wenn eine Schweißung beendet ist, unterbindet er außerdem die Möglichkeit, einen Doppelbogen Hauptelektrode:—Werkstück·—Düse zu bilden, der bei den bekannten Schaltungen auftritt.

Der Widerstand 15 sorgt auch für eine Sicherheitsvorkehrung. Ist die Hauptelektrode 3 vom Werkstück 5 weggenommen und sind die Schweiß schalter WC 1 bis WC3 geschlossen, so fließt Schweißstrom von der Schweißstromquelle 1 zur Hauptelektrode 3 über den Hilfslichtbogen zur Düse 9 über den Widerstand 15 zurück zur Schweißstromquelle 2. Der Widerstand 15 vermindert somit den unerwünschten Strom durch den Schalter 17 hindurch auf einen Wert, der keine zerstörenden Wirkungen hat.

Gemäß der Fig. 2 ist eine Schweißstromquelle: 21 an die Hauptelektrode 23 eines Brenners und an das Werkstück 25 angeschlossen. Der negative Anschluß einer Hilfslichtbogenquelle 27 liegt an der Hauptelektrode 23 und der positive Anschluß sowohl über ein Sperrelais 31 an der Hilfselektrode 29 als auch außerdem über einen für gewöhnlich geschlossenen Schalter 37 eines Spannungsrelais 33 am Werkstück 25. Das Spannungsrelais 33 und ein Regelwiderstand 35 sind an die Hauptelektrode 23 und das Werkstück 25 angeschlossen. In einer zur Schweißstromquelle 21 führenden Speiseleitung sind Kontakte 39 eines Steuerrelais sowie die Kontakte 41 eines den unerwünschten Strom sperrenden Relais 31 gelegt. Die zum Steuer-

relais gehörende Spule sowie weitere zugehörige Teile des Schaltkreises sind nicht veranschaulicht, da sie im Bedarfsfall und entsprechend jeder besonderen Gegebenheit passend gewählt werden können.

Zwischen der Hauptelektrode 23 und der Düse 29 wird ein Hilfslichtbogen gezündet. Ist die Bedienungsperson bereit, die Punktschweißung auszuführen, bringt sie den Brenner zum Werkstück 25 hin. Wenn die Düse 29 das Werkstück 25 berührt, werden beide elektrisch verbunden und erhalten dasselbe Potential, da sowohl die Kalotte als auch das Werkstück an die Hilfslichtbogenquelle 27 angeschlossen sind. Der Hilfslichtbogen verlagert sich dann von der Düse 29 zum Werkstück 25, da die Bogenstrecke zwischen dem Werkstück 25 und der Hauptelektrode 23 kleiner als die zwischen der Hauptelektrode 23 und der Düse 29 ist.

Strom für den Hilfslichtbogen wird aus der Hilfslichtbogenstromquelle 27 zur Hauptelektrode 23 über den Lichtbogen zum Werkstück 25 gespeist. Vom Werkstück hat der Strom zwei parallele Pfade zurück zur Hilfslichtbogenquelle 27. Ein Zweig läuft vom Werkstück 25 über den Ruhekontakt 37 des Spannungsrelais 33 zur Stromquelle 27. Der andere Zweig läuft über die Düse 29 und das Sperrelais 31 zur Kraftquelle 27.

Bei Beendigung oder Fertigstellung der Punktschweißung wird die Bedienungsperson den Schweißlichtbogen abschalten und den Brenner vom Werkstück trennen. Wenn der Brenner vom Werkstück 25 zurückgezogen wird, wird der Hilfslichtbogen langer, und die Spannung des Hilfslichtbogens zwischen Hauptelektrode 23 und Werkstück 25 steigt, bis sie einen Wert erreicht, der das Spannungsrelais 33 in Wirksamkeit setzt. Dieser Wert wird durch die Einstellung des Regelwiderstandes 35 vorbestimmt. Das Spannungsrelais 33 öffnet den Kontakt 37, wobei dieser Zweig des parallelen Pfades vom Werkstück zur Hilfslichtbogenquelle 27 unterbrochen wird. Als Folge hiervon wird der Hilfslichtbogen gezwungen, nunmehr zwischen Hauptelektrode 23 und Düse 29 überzugehen.

Das Sperrelais 31 ist in dieser Schaltung als Sicherheitsvorkehrung vorgesehen. Ist die Hauptelektrode 23 vom Werkstück 25 weggenommen, fließt der Hilfslichtbogenstrom von der Hilfslichtbogenquelle 27 zur Hauptelektrode 23 über den Hilfslichtbogen zur Düse 29 und über das Sperrelais 31 zurück zur Hilfslichtbogenquelle 27. Die Größe dieses Hilfsbogenstromes reicht aus, um das Relais 31 zu erregen, wobei die für gewöhnlich geschlossenen Ruhekontakte 41 dieses Relais geöffnet werden.

Demgemäß wird, selbst wenn der Brennerschalter geschlossen ist, dem Schaltkreis kein Schweißstrom zugeführt. Berührt die Düse 29 das Werkstück 25, fließt ein größerer Teil des Hilfsbogenstromes durch das Werkstück 25 und den geschlossenen Schalter 37 zur Hilfsbogenquelle. Hierdurch wird das Sperrelais 31 entregt, der Schalter 41 geschlossen und demgemäß ein Schweißstrom zum Fließen gebracht, wenn die Kontakte 39 des Steuerrelais geschlossen sind.

Obwohl die Hilfselektrode, wie oben beschrieben, die Brennerdüse selbst sein kann, kann sie auch eine vom Brenner getragene Elektrode sein, etwa derart, daß sie der Düse benachbart angeordnet ist; in diesem Falle kann die Düse auch aus nichtleitendem Material bestehen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schutzgas-Lichtbogen-Punktschweißen mit einer nicht abschmelzenden negativ gepolten Hauptelektrode und mit einer nicht abschmelzenden positiv gepolten Hilfselektrode, die an je einer besonderen Gleichstromquelle etwa übereinstimmender Leerlaufspannung liegen, und mit einem zum Zünden des Schweißlichtbogens dienenden Hilfslichtbogen, der entweder zwischen Hauptelektrode und Hilfselektrode oder zwischen Hauptelektrode und Werkstück brennt, und mit einer leitend mit der Hilfselektrode verbundenen, elektrisch leitenden Metalldüse, die durch Aufsetzen auf das Werkstück als Schaltelement dient, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um das Werkstück (5) über eine kurze Zeitspanne hinweg im Stromkreis des Hilfslichtbogens zu halten, wenn die Düse (9) vom Werkstück (5) abgehoben wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Pol der Hilfsstromquelle (7) liegende Hilfselektrode bzw. Düse (9) mit dem Werkstück über einen Widerstand (15) und einen Relaisruhekontakt (17) verbunden ist, dessen Relaiswicklung (11) in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand (13) parallel zu den Klemmen der Hilfsstromquelle (7) liegt, und daß die Widerstände (15, 13, 11) derart bemessen sind, daß das Relais (11) den Kontakt (17) erst kurze Zeit nach Abziehen der Düse (9) vom Werkstück (5) öffnet.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Pol der Hilfsstromquelle (27) mit dem Werkstück (25) über einen Ruhekontakt (37) eines Relais (33) verbunden ist, das in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand (35) an den Klemmen der Schweiß stromquelle (21) liegt, und daß im netzseitigen Anschluß der Schweißstromquelle (21) ein Ruhekontakt (41) eines Relais (31) angeordnet ist, dessen Wicklung in die Leitung zwischen dem positiven Pol der Hilfsstromquelle (27) und der Hilfselektrode (29) geschaltet ist, und daß die Widerstände (33, 35, 31) derart bemessen sind, daß das Relais (33) den Kontakt (37) erst kurze Zeit nach Abheben der Düse (29) vom Werkstück (25) öffnet und das Sperrelais (31) bei Übergang des Hilfslichtbogens auf die Hilfselektrode (29) die Speisung der Schweißstromquelle (21) durch öffnen des Kontaktes (41) unterbricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 006 987;
österreichische Patentschrift Nr. 203 328;
französische Patentschrift Nr. 1 156 530.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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