DE112013001259T5

DE112013001259T5 - Vorrichtung und Verfahren zum Starten eines Lichtbogenschweissprozesses mit pulsierendem Draht vor der Initiierung der Lichtbogenbildung

Info

Publication number: DE112013001259T5
Application number: DE112013001259.6T
Authority: DE
Inventors: Joseph A. Daniel
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2014-12-11
Also published as: US20130228559A1; JP5919399B2; JP2015511891A; KR20140132758A; US9050676B2; WO2013128262A1; CN104271302A

Abstract

Es werden ein System (100) und ein Verfahren zum Starten einer Schweißoperation bereitgestellt, wobei eine Elektrode (107) in einer gepulsten Weise in Richtung eines Werkstücks (W) vorangeschoben wird, und einen Spannungspegel aufweist, der einen ersten Strom bereitstellt, wenn ein Kontakt zwischen der Elektrode (107) und dem Werkstück (W) hergestellt wird. Nach dem Kontakt wird die Elektrode (107) so zurückgezogen, dass ein Schweißlichtbogen entsteht, und nachdem der Schweißlichtbogen gebildet wurde, werden der Strom und die Drahtzufuhrgeschwindigkeit auf einen Schweißpegel erhöht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, Systeme und Verfahren, die das Gebiet des Schweißens betreffen, und insbesondere solche, die das Starten eines Lichtbogenschweißprozesses betreffen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Beim Starten einer Schweißanwendung kann die Schweißelektrode (oder der Fülldraht) zu Schweißspritzern neigen, wenn die Elektrode den Kontakt mit dem Werkstück herstellt. Dies geschieht in der Regel, weil der Schweißstrom in dem Moment gestartet wird, wo der Kontakt zwischen der Elektrode und dem Werkstück hergestellt wird. Die Schweißspritzer können Defekte im Schweißstoß verursachen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe, Lichtbogenstartverfahren zu verbessern. Dieses Problem wird durch ein Verfahren zum Schweißen gemäß Anspruch 1 und durch ein Schweißsystem nach Anspruch 15 gelöst. Weitere Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche. Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Schweißsystem und ein Verfahren zum Schweißen, wobei das Verfahren das Voranschieben einer Elektrode in Richtung mindestens eines zu schweißenden Werkstücks enthält, wobei das Voranschieben zwischen einer ersten Vorschubrate und einer zweiten Vorschubrate gepulst wird und die erste Vorschubrate höher ist als die zweite Vorschubrate. Eine Detektionsspannung wird an die Elektrode angelegt, und ein Kontakt wird zwischen der Elektrode und dem mindestens einen Werkstück detektiert. Dann wird eine Trennung der Elektrode von dem mindestens einen Werkstück detektiert. Nach der Trennung wird das Pulsieren der Elektrode gestoppt, und die Elektrode wird in Richtung des mindestens einen Werkstücks mit einer ersten festen Geschwindigkeit vorangeschoben, und nach der Trennung wird ein Schweißstrom an die Elektrode angelegt, um das mindestens eine Werkstück zu schweißen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben dargelegten und/oder weitere Aspekte der Erfindung werden anhand der ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher erkennbar, in denen Folgendes zu sehen ist:
1 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung eines Schweißsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 bis 5 veranschaulichen schaubildhafte Darstellungen von Schweißstartoperationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun im Folgenden unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verständnis der Erfindung erleichtern und sind nicht dafür gedacht, den Schutzumfang der Erfindung in irgend einer Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen stets gleiche Elemente.
1 zeigt ein beispielhaftes Schweißsystem 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 100 umfasst eine Schweißstromversorgung 101, einen Drahtzufuhrmechanismus 103 und einen Detektionsschaltkreis 115, der Spannung, Strom oder beides detektieren kann. Die Schweißstromversorgung 101 ist mit einem Werkstück W über eine Erdungsverbindung 111 und mit der Drahtzuführvorrichtung 103 über eine Anschlussleitung 113 gekoppelt. Es ist anzumerken, dass die Anschlussleitungen 111 und 113 als negativ bzw. positiv gezeigt sind; jedoch soll dies nicht die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Gleichstromschweißen beschränken, da die Stromversorgung 101 ebenso auch Wechselstrom- oder Polaritätsumkehrschweißen ausführen kann. Der Drahtzufuhrmechanismus 103 verwendet eine (nicht gezeigte) Anschlussleitung, um ein Schweißsignal von der Anschlussleitung 113 zu einem Schweißbrenner 105 zu leiten. Das Schweißsignal wird vom Schweißbrenner 105 zu einer Schweißelektrode 107 geführt. Die Schweißelektrode 107 wird von einer Quelle 109 über Rollen 104 in dem Drahtzufuhrmechanismus abgezogen.
In einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Detektionsschaltkreis 115 eine Anschlussleitung 117, die mit dem Brenner 105 gekoppelt ist, und eine Anschlussleitung 119, die mit dem Werkstück W gekoppelt ist, zum Detektieren der Spannung zwischen der Schweißelektrode 105 und dem Werkstück W, und das System verwendet Anschlussleitungen 111 und 113 zum Detektieren des Stroms. Solche Strom- und Spannungsdetektionsschaltkreise sind allgemein bekannt. In anderen Ausführungsformen kann der Strom auch durch den Schaltkreis 115 detektiert werden. Der detektierte Strom und/oder die detektierte Spannung werden zu der Schweißstromversorgung 101 über eine Anschlussleitung 123 übertragen, und eine Steueranschlussleitung 121 koppelt den Drahtzufuhrmechanismus 103 mit der Stromversorgung 101. Wenn Anschlussleitungen 111/113 zum Detektieren des Stroms verwendet werden, so detektiert die Stromversorgung 101 den Strom natürlich direkt. Der Schaltkreis 115 kann ein beliebiger Schaltkreistyp sein, der in der Lage ist, die Spannung und/oder den Strom zwischen der Elektrode 107 und dem Werkstück W in Echtzeit zu detektieren, und kann in die Stromversorgung 101 oder den Drahtzufuhrmechanismus 103 integriert sein. Der Schaltkreis 115 ist in 1 im Interesse einer übersichtlicheren Darstellung als eine separate Komponente dargestellt und braucht keine separate Komponente des Systems 100 zu sein. Der Schaltkreis 115 kann praktisch der gleiche Schaltkreis sein, der durch die Stromversorgung 101 verwendet wird, um den Echtzeit-Schweißstrom und/oder die Echtzeit-Spannung zu detektieren, die für die Steuerung des Schweißsignals verwendet werden. Die Anschlussleitung 123 übermittelt Rückmeldungsinformationen von dem Schaltkreis 115 zu der Stromversorgung 101, und die Anschlussleitung 121 erlaubt es dem Drahtzufuhrmechanismus 103 und der Stromversorgung 101, miteinander zu kommunizieren, um die Drahtzufuhr- und Schweißoperationen nach Bedarf zu steuern.
Wie ebenfalls in 1 gezeigt, bewegt und positioniert in einigen Ausführungsformen eine robotische oder halbautomatische Bewegungsvorrichtung 125 den Brenner 105 während des Schweißens. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Positionierung des Brenners 105 über halbautomatische Schweißoperationen über einen Nutzer erfolgen und braucht keine robotische Schweißvorrichtung zu sein. In der gezeigten Ausführungsform positioniert die Vorrichtung 125 den Brenner 105 und steuert die Bewegung des Brenners 105 und/oder Werkstücks W gemäß einem Programm, das in einer Systemsteuereinheit 127 gespeichert ist. Solche Komponenten eines robotischen oder halbautomatischen Schweißsystems sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht im Detail beschrieben zu werden. Wie gezeigt, kann die Systemsteuereinheit 127 mit der Schweißstromversorgung 101 und dem Drahtzufuhrmechanismus 103 gekoppelt sein, um ihren Betrieb vor und/oder während dem Schweißen zu steuern. Darüber hinaus kann die Rückmeldung von dem Schaltkreis 115 direkt an die Systemsteuereinheit 127 übermittelt werden, um die Gesamtschweißoperation zu steuern, wie unten beschrieben.
Wie bereits angesprochen, kann das Starten einer Schweißoperation schwierig sein, da Schweißspritzer entstehen können, wenn der anfängliche Schweißlichtbogen gebildet wird. Das folgende Verfahren, das mit dem obigen beispielhaften System 100 arbeitet, erlaubt das Initiieren der Schweißoperation ohne das Entstehen signifikanter Schweißspritzer. 2 bis 5 zeigen verschiedene Verfahren zum Starten einer Lichtbogenschweißoperation gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Wie in 2 gezeigt, liefert und regelt die Stromversorgung 101 am Beginn des Betriebes eine Detektionsspannung V1 zu dem Draht 107. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Spannung V1 mindestens 10 Volt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen beträgt die Spannung mindestens 15 Volt, und in einer weiteren Ausführungsform beträgt die Spannung V1 zwischen 15 und 60 Volt. Natürlich können auch andere Werte verwendet werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Weil kein Kontakt und kein Lichtbogen zwischen der Elektrode 107 und dem Werkstück W vorhanden ist, fließt auch kein Strom. Außerdem wird (bei Schritt 1) die Elektrode 107 in Richtung des Werkstücks W in einer gepulsten Weise vorangeschoben. Das heißt, die Elektrode 107 wird mit einer ersten Geschwindigkeit S1 über eine Zeitdauer T vorangeschoben und dann mit einer zweiten Geschwindigkeit über eine Zeitdauer T' vorangeschoben. In einigen Ausführungsformen können die Zeiten T und T' die gleichen sein, während in anderen beispielhaften Ausführungsformen die Zeit T länger ist, und in weiteren beispielhaften Ausführungsformen die Zeit T' länger ist. Dieses Pulsieren kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Zum Beispiel kann die Drahtzuführvorrichtung 103 den Draht mit der Geschwindigkeit S1 über die Zeit T zuführen und dann das Zuführen über die Zeit T' unterbrechen. Weil aber nach dem anfänglichen Impuls gewisse Druckkräfte in dem Draht vorhanden sind, schiebt sich der Draht 107 weiterhin mit einer Geschwindigkeit S2 voran, wenn sich der Draht entspannt. Alternativ kann die Drahtzuführvorrichtung 103 während der Zeit T einfach den Draht 107 mit einer zweiten Geschwindigkeit S2 zuführen. Auf diese Weise pulst der Drahtzufuhrmechanismus 103 in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Drahtzufuhr durch Starten und Anhalten des Drahtzufuhrmechanismus 103, während in anderen beispielhaften Ausführungsformen das Pulsieren von einer Zufuhrgeschwindigkeit zu einer anderen Zufuhrgeschwindigkeit durch die Drahtzuführvorrichtung 103 erfolgen kann. So hat zum Beispiel während des Zuführimpulses die Geschwindigkeit des Zuführens der Elektrode 107 eine erste Stufe S1 über einen Zeitraum T und dann eine zweite Geschwindigkeit S2 über die Zeit T', die geringer als die Geschwindigkeit S1 ist. Die Elektrode 107 wird durch den Drahtzufuhrmechanismus 103 so zugeführt oder gepulst, dass die Elektrode einen Kontakt mit dem Werkstück W herstellt (Schritt 2). Das Pulsieren der Elektrode 107 kann auf verschiedene Weise gesteuert werden, einschließlich des Zuführens der Elektrode mit einer eingestellten Geschwindigkeit S1 über eine Zeitdauer T, oder der Drahtzufuhrmechanismus kann gesteuert werden, indem die Elektrode 107 mit jeden Impuls um eine eingestellte Distanz mit einer eingestellten Rate S1 vorangeschoben wird. Weil ein Kontakt hergestellt wird, fällt die Spannung zwischen der Elektrode 107 und dem Werkstück W auf nahezu null, und der Strom beginnt zu fließen.
Wenn der Draht 107 einen Kontakt mit dem Werkstück W herstellt (Schritt 2), so detektiert der Detektionsschaltkreis 115 entweder den Stromfluss und/oder den Spannungsabfall auf einen Kontaktpegel Vc und übermittelt diese Rückmeldung an die Stromversorgung 101 und/oder die Systemsteuereinheit 127. In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist die Spannungskontaktpegel Vc auf 2 Volt eingestellt, so dass, wenn die Spannung 2 Volt oder weniger erreicht, die Steuereinheit 127 und/oder die Stromversorgung 101 bestimmt, dass ein Kontakt hergestellt wurde. In anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Spannungskontaktpegel Vc auf 1 Volt eingestellt werden. Natürlich können auch andere Werte verwendet werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Nun, da ein Kontakt hergestellt wurde, wird ein erster Strom C1 durch den Draht 107 und in das Werkstück W geleitet, der niedriger als ein Lichtbogenschweißstrompegel ist. Das heißt, der Strompegel C1 befindet sich auf einem solchen Wert, dass zwar ein kleiner Lichtbogen zwischen dem Draht 107 und dem Werkstück W entstehen kann, aber der Strom nicht so hoch ist, dass ein Lichtbogenschweißen einsetzt. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt der Strompegel C1 nicht mehr als 20 A. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Pegel C1 nicht mehr als 10 A. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Strompegel C1 im Bereich von 10 bis 20 A. Natürlich können auch andere Werte verwendet werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In einigen Ausführungsformen schaltet die Stromversorgung 101, nachdem ein Kontakt hergestellt wurde, aus einem Spannungsregelmodus (der zum Regeln der Drahtspannung V1 vor dem Kontakt des Drahtes 107 verwendet wird) in einen Stromregelmodus zum Regeln des Strompegels C1. Solche Regelschaltungen sind bekannt und brauchen hier nicht im Detail beschrieben zu werden. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Stromversorgung 101 weiterhin Spannungsregeltechniken mit einer Strombegrenzungsfähigkeit verwenden, um sicherzustellen, dass der Strom C1 auf dem gewünschten Pegel C1 gehalten wird.
Nach dem Kontakt (wie bei Schritt 3 gezeigt) prallt der Draht 107 zurück. Oder anders ausgedrückt: Aufgrund der pulsierenden Eigenart des Drahtzufuhrbetriebes prallt der Draht 107 praktisch von dem Werkstück W ab, nachdem er einen Kontakt mit dem Werkstück W hergestellt hat. Dieses Prallen oder Zurückprallen geschieht aufgrund der inhärenten Spannkraft in dem Draht 107, das aus dem Pulsieren des Drahtes 107 resultiert. Das heißt, während der Draht 107 gepulst wird, wird er innerhalb seines Drahtzufuhrsystems wiederholt zusammengedrückt und entspannt. Weil das Prallen oder Zurückprallen des Drahtes 107 den Kontakt zwischen dem Draht 107 und dem Werkstück W unterbricht, beginnt die Spannung wieder auf einen Rückprallspannungspegel V2 zu steigen. Dieser Rückprallspannungspegel V2 ist niedriger als der anfängliche Spannungspegel V1 (weil nun Strom fließt) und höher als der Kontaktspannungspegel Vc. In beispielhaften Ausführungsformen beträgt der Rückprallspannungspegel V2 mindestens 5 Volt, während in anderen beispielhaften Ausführungsformen der Rückprallspannungspegel V2 mindestens 8 Volt beträgt. In weiteren Ausführungsformen liegt der Rückprallspannungspegel V2 im Bereich von 5 bis 8 Volt. Natürlich können auch andere Werte verwendet werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus kann der Rückprallspannungspegel V2 gegebenenfalls der geregelte Spannungspegel zum Schweißen sein.
Dieser Rückprallspannungspegel V2 wird durch den Detektionsschaltkreis 115 detektiert, der die detektierte Spannung an die Steuereinheit 127 und/oder an die Stromversorgung 101 übermittelt, und die Stromversorgung 101 verwendet diese Information, um die Schweißoperation zu beginnen. Das heißt, wenn der Rückprallspannungspegel V2 erreicht ist, gibt die Stromversorgung 101 einen Schweißstrom CW aus, der der Strom sein kann, der für eine gewünschte Schweißoperation verwendet wird. Der Schweißstrom CW ist höher als der Strom C1. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Strom CW der gleiche sein wie ein Hintergrundstrompegel, wie er in einer GMAW-Impulsschweißwellenform für eine Schweißoperation verwendet wird. Wenn zum Beispiel eine GMAW-Impulsschweißwellenform zum Schweißen verwendet werden soll, das einen Hintergrundpegel von 60 A hat, so wird der Strompegel CW auf 60 A eingestellt.
Außerdem wird dem Drahtzufuhrmechanismus 103 nach dem Detektieren der Rückprallspannung V2 signalisiert, das Pulsieren des Zuführens des Drahtes zu stoppen und den Draht kontinuierlich mit einer zweiten Geschwindigkeit ST zuzuführen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die zweite Geschwindigkeit S1' die gleiche sein wie die anfängliche Geschwindigkeit S1, aber sie ist nicht gepulst. Außerdem wird in diesen Ausführungsformen die zweite Geschwindigkeit S1' über einen Zeitraum T'' verwendet, damit der anfängliche Lichtbogen 201 erzeugt und stabilisiert werden kann, woraufhin der Draht mit einer Schweißgeschwindigkeit SW zugeführt wird, die die Geschwindigkeit für die gewünschte Schweißoperation ist. Der anfängliche Lichtbogen 201 ist im Wesentlichen die Initiierung eines endgültigen Schweißlichtbogens und hat genügend Energie, um das Schmelzen des Werkstücks und/oder des Drahtes 107 zum Schweißen zu beginnen. Wie bei Schritt 5 gezeigt, ist der volle Schweißlichtbogen 203 vorhanden, und die Schweißoperation findet statt. In alternativen Ausführungsformen ist die zweite Geschwindigkeit S1' höher als die Geschwindigkeit S1 und kann die Geschwindigkeit sein, mit der die Schweißoperation ausgeführt werden soll (SW).
Bei Schritt 5 ist der Schweißlichtbogen 203 vollständig ausgebildet, und die Schweißoperation vollzieht sich nach Wunsch mit den gewünschten Strom-, Spannungs- und Drahtzufuhrgeschwindigkeitswerten. Natürlich kann die Schweißoperation eine beliebige Art von Schweißoperation sein, einschließlich beispielsweise gepulst, nicht-gepulst, MIG, GMAW, SAW, FCAW usw. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nicht durch die Art der während der Schweißoperation verwendeten Schweißwellenform beschränkt.
3 zeigt ein weiteres beispielhaftes Startverfahren, das dem in 2 gezeigten Startverfahren ähnelt. Jedoch wird in dieser Ausführungsform ein Zwischenstrompegel C2 nach dem Rückprallen (Schritt 3) und vor dem Initiieren des Schweißstroms CW initiiert. Dieser Zwischenstrom C2 wird zum Erzeugen des anfänglichen Lichtbogens 201 verwendet und liegt auf einem Pegel oberhalb des anfänglichen Stroms C1 und unterhalb des Schweißstroms CW. Dieser Zwischenstrom C2 wird während des Zeitraums T'' verwendet, wobei zu dieser Zeit der Draht mit der Geschwindigkeit S1' zugeführt wird, die geringer ist als die Schweißgeschwindigkeit SW und mindestens so hoch ist wie die anfängliche Impulsgeschwindigkeit S1. Außerdem wird in dieser Ausführungsform der Draht 107 nicht während der Zeit T zwischen Impulsen zugeführt, so dass der Draht 107 im Wesentlichen zwischen Impulsen stoppt.
4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, die 2 ähnelt. Jedoch wird in dieser Ausführungsform die Drahtzufuhrgeschwindigkeit auf den Schweißdrahtzufuhrgeschwindigkeitspegel SW erhöht, nachdem die Rückprallspannung V2 und/oder der Schweißstrom CW durch die Stromversorgung 101 erreicht wurde. Somit gibt es in dieser Ausführungsform keine Zwischendrahtzufuhrgeschwindigkeit S1', und die Drahtzufuhrgeschwindigkeit entspricht der Schweißgeschwindigkeit SW, sobald das Rückprallen detektiert wurde.
5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch hier ähneln viele Aspekte des Startverfahrens den anderen Figuren. Jedoch wird in dieser Ausführungsform der Draht 107 durch die Drahtzuführvorrichtung 103 zurückgezogen, nachdem der Kontakt detektiert wurde. Das heißt, nachdem der Drahtkontakt detektiert wurde, wird die Drahtzuführvorrichtung 103 angewiesen, den Draht 107 zurückzuziehen oder umzukehren. Dies kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Drahtzuführvorrichtung 103 angewiesen werden, den Draht 107 mit einer Umkehrgeschwindigkeit SR über eine Zeitdauer TR zurückzuziehen. Alternativ kann die Drahtzuführvorrichtung 103 angewiesen werden, den Draht 107 über eine zuvor festgelegte Distanz zurückzuziehen. Dann kann, nachdem der Draht zurückgezogen wurde und die richtigen Spannungs- und/oder Strompegel detektiert wurden, die Schweißoperation beginnen. Obgleich 5 zeigt, dass der Schweißstrom CW und die Schweißdrahtzufuhrgeschwindigkeit SW nach dem Zurückziehen erreicht werden, können wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ein Zwischenstrom und ein Drahtzufuhrgeschwindigkeitspegel verwendet werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung, die durch die Systemsteuereinheit 127 und/oder die Stromversorgung 101 implementiert wird, und alle sonstige verwendete Steuerelektronik Hochgeschwindigkeitssteuerelektronik. Die Verwendung einer Hochgeschwindigkeitssteuerelektronik erlaubt die schnelle Steuerung des Systems, um die rasche Erzeugung des Lichtbogens 201 sicherzustellen, nachdem ein Kontakt zwischen der Elektrode 107 und dem Werkstück W hergestellt wurde. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert die Systemsteuereinheit 127 die Stromversorgung 101 und den Drahtzufuhrmechanismus 103 dergestalt, dass die Zeit zwischen dem Kontakt der Elektrode 107 mit dem Werkstück W (Schritt 2) und dem Start des Lichtbogens 201 (Schritt 4) im Bereich von 20 bis 50 ps liegt. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Zeit im Bereich von 30 bis 40 ps. Mit diesen Zeiten kann – anders als bei früheren Lichtbogenstartverfahren – ein Lichtbogen schnell mit wenig oder gar keinen Schweißspritzern erzeugt werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die oben genannten Zeiten die Zeiten zwischen dem Kontakt der Elektrode 107 mit dem Werkstück W (Schritt 2) und der Zeit, zu der der Drahtzufuhrmechanismus mit dem Zuführen der Elektrode mit der Schweißdrahtzufuhrgeschwindigkeit SW beginnt.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen verwenden die Steuereinheit 127 und/oder die Stromversorgung 101 die detektierten Spannungs- und/oder Strompegel zum Steuern des Startverfahrens. Jedoch können andere beispielhafte Ausführungsformen andere Detektionsverfahren verwenden, ohne vom Schutzumfang oder Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Rate der Spannungsänderung dv/dt und die Rate der Stromänderung di/dt anstatt der oben beschriebenen Spannungs- bzw. Stromdetektion überwachen. Das heißt, durch Überwachen der Änderungsrate der Spannung und/oder des Stroms können die Steuereinheit 127 und die Stromversorgung 101 die oben beschriebenen Startverfahren implementieren. Solche Ausführungsformen können Spannungs- und/oder Strom-Vorwarnschaltkreise verwenden, dergestalt, dass die gleiche Steuerungsmethodologie wie oben beschrieben verwendet wird. Aufbau und Verwendung solcher Schaltkreistypen sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht im Detail beschrieben zu werden.
Obgleich die Erfindung konkret mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass verschiedene Änderungen an Form und Details vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert werden, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

100: Schweißsystem
101: Stromversorgung
103: Zufuhrmechanismus
105: Schweißbrenner
107: Elektrode/Draht
111: Erdungsverbindung
113: Anschlussleitung
115: Detektionsschaltkreis
117: Anschlussleitung
119: Anschlussleitung
121: Steueranschlussleitung
123: Anschlussleitung
125: Vorrichtung
127: Steuereinheit
201: anfänglicher Lichtbogen
203: Schweißlichtbogen
C1: Strom
C2: Strom
CW: Strom
i: Strom
S1: Geschwindigkeit
S1': Geschwindigkeit
S2: Geschwindigkeit
SR: Geschwindigkeit
SW: Geschwindigkeit
t: Zeit
T: Zeit
T': Zeit
T'': Zeit
TR: Zeit
v: Spannung
V1: Spannung
V2: Spannung
Vc: Kontaktpegel
W: Werkstück

Claims

Verfahren zum Schweißen, das Folgendes umfasst: Voranschieben einer Elektrode (107) in Richtung mindestens eines zu schweißenden Werkstücks (W), wobei das Voranschieben zwischen einer ersten Vorschubrate und einer zweiten Vorschubrate gepulst wird, wobei die erste Vorschubrate höher ist als die zweite Vorschubrate; Anlegen einer Detektionsspannung (V1, V2) an die Elektrode (107); Detektieren eines Kontakts zwischen der Elektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W); Detektieren einer Trennung der Elektrode (107) von dem mindestens einen Werkstück (W); Stoppen des Pulsierens der Elektrode (107) nach dem Detektieren der Trennung; nach dem Stoppen des Pulsierens, Voranschieben der Elektrode (107) in Richtung des mindestens einen Werkstücks (W) mit einer ersten festen Geschwindigkeit; und nach der Detektion der Trennung, Anlegen eines Schweißstroms (C1, C2, CW) an die Elektrode (107), um das mindestens eine Werkstück (W) zu schweißen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Voranschieben mit der ersten Vorschubrate über eine erste Dauer gepulst wird und mit der zweiten Vorschubrate über eine zweite Dauer gepulst wird, wobei die erste und die zweite Dauer nicht die gleichen sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Detektieren des Kontakts zwischen der Elektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W) das Detektieren einer Spannung (V1, V2) und/oder das Detektieren eines Stroms (C1, C2, CW) zwischen der Elektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Detektieren des Kontakts zwischen der Elektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W) umfasst zu bestimmen, wann eine Kontaktspannung zwischen der Elektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W) auf oder unter einem Kontaktspannungspegel liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das des Weiteren das Anlegen eines Nachkontaktstroms an die Elektrode (107) nach der Detektion des Kontakts umfasst, wobei der Nachkontaktstrom niedriger als der Schweißstrom (W) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Detektion der Trennung das Überwachen einer Spannung zwischen der Elektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W) umfasst, und die Trennung festgestellt wird, wenn die Spannung einen Rückprallspannungspegel erreicht oder übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Detektionsspannung mindestens 10 Volt beträgt, und/oder wobei der Kontaktspannungspegel nicht mehr als 2 Volt beträgt, und/oder wobei der Nachkontaktstrom nicht mehr als 20 A beträgt, und/oder wobei der Rückprallspannungspegel niedriger ist als die Detektionsspannung, und/oder wobei die Rückprallspannung mindestens 5 Volt beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektrode (107) mit der ersten fixen Geschwindigkeit (S1, S', S2, SR, SW) über eine erste Dauer vorangeschoben wird und die Elektrode nach der ersten Dauer mit einer zweiten fixen Geschwindigkeit (S1, S', S2, SR, SW) vorangeschoben wird, die schneller als die erste fixe Geschwindigkeit (S1, S', S2, SR, SW) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei nach der Detektion der Trennung ein Zwischenstrom an die Elektrode (107) angelegt wird, bevor der Schweißstrom an die Elektrode (107) angelegt wird, wobei der Zwischenstrom niedriger als der Schweißstrom ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste fixe Geschwindigkeit (S1, S', S2, SR, SW) der Elektrode die gleiche ist wie die erste Vorschubrate der Elektrode (107).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das des Weiteren das Anlegen eines Nachkontaktstroms an die Elektrode (107) nach der Detektion des Kontakts umfasst, bis die Trennung detektiert wird, und nach der Detektion der Trennung ein Zwischenstrom an die Elektrode (107) angelegt wird, bevor der Schweißstrom an die Elektrode (107) angelegt wird, wobei der Zwischenstrom größer als der Nachkontaktstrom und niedriger als der Schweißstrom ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das des Weiteren das Umkehren einer Richtung der Elektrode (107) über eine Umkehrdauer nach der Detektion des Kontakts umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste fixe Geschwindigkeit (S1, S', S2, SR, SW) eine Schweißgeschwindigkeit für die Elektrode (107) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste fixe Geschwindigkeit (S1, S', S2, SR, SW) für eine Dauer beibehalten wird und der Zwischenstrom über diese Dauer angelegt wird, und nach der Dauer die Elektrode (107) mit einer zweiten fixen Geschwindigkeit zugeführt wird und der Schweißstrom angelegt wird.
Schweißsystem (100), das Folgendes umfasst: eine Stromversorgung (101), die eine Detektionsspannung an eine Schweißelektrode (107) anlegt; einen Drahtzufuhrmechanismus (103), der die Schweißelektrode (107) in Richtung mindestens eines Werkstücks (W) voranschiebt; und einen Detektionsschaltkreis (115), der eine Spannung und/oder einen Strom zwischen der Schweißelektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W) detektiert; wobei der Drahtzufuhrmechanismus (103) die Schweißelektrode (107) mittels mehrerer Drahtzufuhrgeschwindigkeitsimpulse voranschiebt, wobei die Impulse eine erste Drahtzufuhrgeschwindigkeitsrate über eine erste Dauer und eine zweite Drahtzufuhrgeschwindigkeitsrate über eine zweite Dauer haben; wobei der Detektionsschaltkreis (115) einen Kontakt zwischen der Schweißelektrode (107) und dem mindestens einen Werkstück (W) detektiert und eine Trennung der Schweißelektrode (107) und des mindestens einen Werkstücks (W) detektiert; und wobei, nachdem der Detektionsschaltkreis (115) die Trennung detektiert hat, der Drahtzufuhrmechanismus (103) die Schweißelektrode (107) mit einer ersten festen Geschwindigkeit (S1, S', S2, SR, SW) voranschiebt und die Stromversorgung (101) einen Schweißstrom an die Schweißelektrode (107) anlegt.