DE1230939B - Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweissen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweissen

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DE1230939B
DE1230939B DEC26562A DEC0026562A DE1230939B DE 1230939 B DE1230939 B DE 1230939B DE C26562 A DEC26562 A DE C26562A DE C0026562 A DEC0026562 A DE C0026562A DE 1230939 B DE1230939 B DE 1230939B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
welding
capacitor
relay
circuit
arc
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Pending
Application number
DEC26562A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul A Glorioso
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Crompton Parkinson Ltd
Original Assignee
Crompton Parkinson Ltd
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Publication date
Application filed by Crompton Parkinson Ltd filed Critical Crompton Parkinson Ltd
Publication of DE1230939B publication Critical patent/DE1230939B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/20Stud welding
    • B23K9/201Stud welding of the extremity of a small piece on a great or large basis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweißen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogen-Bolzenschweißen von Metallen mit Kondensatorentladung und Berührungszündung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Beim Bolzenschweißen mit Kondensatorentladung und Berührungszündung (initial contact) war man bisher auf Bolzen mit einer besonderen Zündspitze angewiesen, die beim Durchgang des Kondensator-Entladestromes verdampfte und dem sehr kurzzeitigen Schweißlichtbogen einen leitfähigen übergang verschaffte. Neben den besonders präparierten Bolzen machten sich die wechselnden Übergangswiderstände zwischen Bolzen und Blech dann nachteilig bemerkbar, wenn die Schweißenergie, z. B. an sehr dünnen Blechen, sehr genau bestimmt sein mußte. Um mit normalen Bolzen auskommen zu können und um dem Schweißlichtbogen einen leitfähigen übergang zu schaffen, ist man zu Verfahren mit Vorlichtbögen verminderter Stromstärke übergegangen. Diese Vorlichtbögen setzen jedoch eine be- sondere Stromquelle voraus, so daß man nicht mehr mit einem einzigen Schweißkondensator auskommen konnte.
  • Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, mit einem einzigen Schweißstromkondensator auskommen und dennoch das Vorlichtbogen-Verfahren anwenden zu können.
  • Die Erfindung besteht darin, daß die Entladezeit des Kondensators durch eine mit ihm in Reihe im En#tladekreis liegende Induktivität gedehnt wird, und daß der Entladestrom in zeitlich bestimmter Folge zunächst einen Vorlichtbogen verminderter Stärke beim Zurückziehen des Bolzens und darauf den vollen Schweißlichtbogen beim Vorstoßen des Bolzens unterhält.
  • Ein zweckmäßiges Gerät zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß in Verbindung mit einem Schweißwerkzeug zum Zurückziehen eines Bolzens von einem Werkstück mit einer Schweißstromquelle und einer Steuerschaltung zur Erzeugung eines Vorlichtbogens geeigneter Intensität bei gleichzeitigem Zurückziehen des Bolzens von dem Werkstück sowie anschließendem Schweißlichtbogen und Rückführen des Bolzens zum Werkstück die Schweißstromquelle in an sich bekannter Weise als Speicherkondensator ausgebildet ist, und daß der Speicherkendensator in Reihe mit einer Induktivität und einem Stromkreis zum Aufladen des Kondensators auf einen vorbestimmten Spannungswert liegt.
  • Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist der Steuerstromkreis ein von einem Anlaßschalter betätigtes Relais zur Erzeugung einer Spule in dem Werkzeug zum Zurückziehen des Bolzens und zum Schließen des Vorlichtbogenstromkreises sowie ein zweites Relais auf, das von dem ersten Relais betätigt wird, um den Hauptschweißstromkreis aufzubauen und die Spule zu entregen. Vorzugsweise ist der Speicherkondensator mit einem spannungsempfindlichen Relais verbunden, das den Ladestromkreis unterbricht, wenn der Kondensator auf eine von der Einstellung des Relais abhängige bestimmte Spannung aufgeladen ist.
  • Ein Gerät gemäß der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben, wobei F i g. 1 ein Schaltschema und F i g. 2 eine graphische Kurve zeigt, welche die Veränderung des Stromes mit der Zeit während eines Schweißvorganges zeigt.
  • Das Gerät wird von einer mit einem Transformator 2 verbundenen Wechselstromquelle 1 gespeist. Die Sekundärwicklung des Transformators 1 ist an einen Zweiweggleichrichter 3 mit positiven und negativen Klemmen 4 und 5 angeschlossen, welche dem Schweißstromkreis Gleichstrom liefern.
  • Der Gleichrichter 3 lädt einen Speicherkondensator 10 auf, an welchen ein spannungsempfindliches Relais 11 mit Kontakten lla angeschlossen ist, die bei entregtem Relais normalerweise geschlossen sind. Das Relais ist so eingestellt, daß es bei der erforderlichen Spannung die Kontakte 11 a öffnet. Der Kondensator 10 wird von einem Stromkreis aufgeladen, der einen Ladewiderstand 12 und ein Paar Kontakte 13 enthält, die in Intervallen selbsttätig von einem schematisch mit M bezeichneten Elektromotor geöffnet werden. Wenn-die Spannung über den Kondensator 10 einen der Einstellung des Relais 11 entsprechenden Wert erreicht, öffnen sich die Kontakte 11 a und unterbrechen den Ladestromkreis, und unter der Annahme, daß die Kontakte 13 geschlossen sind, wird das Relais 11 dann unm ittelbar über den Gleichrichter 5 angeschlossen, um es erregt zu halten. Unter diesen Umständen wird es von dem Kondensator 10 abgeschaltetund kann nicht auf einen Spannungsabfall des Kondensators auf Grund entweder einer vollständigen Entladung infolge eines Schweißens oder einer Ableitung während der Zeiten, wo er nicht arbeitet, ansprechen.
  • Durch das periodische öffnen der Kontakte 13 wird das Relais 11 jedoch von dem Gleichrichter 5 abgeschaltet, so daß- es entregt wird. Sobald dieses eintritt, schließen sich die Kontakte lla und das Relais 11 wird dann wieder an den Kondensator 10 angeschlossen. Unter der Voraussetzung, daß die Spannung an dem Kondensator noch ihren bestimmten Wert hat, wird das Relais wieder betätigt; wenn aber die Spannung gefallen ist, so bleibt das Relais entregt, bis sich die Kontakte 13 wieder schließen und sich damit der Ladestromkreis schließt. Dadurch wird die Spannung des Kondensators wieder auf ihren bestimmten Wert gebracht, wenn die Kontakte 11 a, wie oben beschrieben, offen sind. Die Relaisspule 11 hat einen kleinen, parallel geschalteten Kondensator 14, um ein Flattern der Kontakte 11 a zu verhindern, wenn die Spannung in dem Kondensator 11 im Bereich der Betriebsspannung des Relais schwankt.
  • Der Kondensator 10 dient als Energiequelle zum Anschweißen eines Bolzens 20 an ein Werkstück 21, welches gewöhnlich die Form einer dünnen Metallplatte hat. Das Schweißwerkzeug selbst ist nicht dargestellt, da verschiedene Ausführungsformen davon an sich bekannt sind. Das Schweißwerkzeug besitzt normalerweise eine Spule 22, welche den Bolzen 20 von dem Werkstück 21 entgegen der Wirkung einer nicht dargestellten Feder zurückzieht. Das Schweißwerkzeug wird von einem Druckknopfschalter 23 ge# steuert. Wenn dieser eingedrückt ist, wird ein Stromkreis von der positiven Seite durch den Schalter 23, die Relaisspule 24 und von dort durch den Bolzen 20 zu dem Werkstück 21 geschlossen, welches an die negative Klemme des Gleichrichters 45 angeschlossen ist. Die Relaisspule 24 hat einen hohen Widerstand und verhindert einen wahrnehmbaren Stromfluß zwischen dem Bolzen 20 und dem Werkstück 21. Dieser Strom betätigt das Relais 24, um drei Paare von normal offenen Kontakten 18 a, 18 b und 18 c zu schließen. Durch das Schließen der Kontakte 18a wird ein Stromkreis durch die Spule 22 geschlossen und der Bolzen 20 von dem Werkstück 21, wie be- schrieben, zurückgezogen. Gleichzeitig wird durch das Schließen der Kontakte 18 b ein Stromkreis von der positiven Klemme des Kondensators 10 durch einen Begrenzungswiderstand 30 und von dort durch den Bolzen 20 und das Werkstück 21 zurück zu der negativen Klemme des Kondensators 10 geschlossen.
  • Das Vorhandensein des Widerstandes 30 begrenzt diesen Strom, so daß ein Leitlichtbogen verringerter Stärke zwischen dem Bolzen 20 und dem Werkstück 21 entsteht.
  • Durch das Schließen der Kontakte 18 c wird ein Stromkreis zu der Spule eines Leistungsschalters oder Schützes 31 mit einem normal offenen Kontaktpaar 31 a und einem normal geschlossenen Kontaktpaar 31 b geschlossen. Durch das Schließen der Kontakte 31 a wird ein Stromkreis durch eine Induktivität ,-32 geschlossen, welche den Widerstand 30 in dem Leitlichtbo enstromkreis kurzschließt und ermög-9 licht, daß der volle Schweißstrom in den Lichtbogen fließt. Durch das Vorhandensein der Induktivität 32 wird die Entladung des Kondensators 10 in der ursprünglich beschriebenen Weise verlängert, wie in F i g. 2 dargestellt ist. Gleichzeitig mit dem Schließen der Kontakte 31 a öffnen sich die Kontakte 31 b und entregen die Spule 22. Infolgedessen kehrt der Bolzen 20 zu dem Werkstück 21 in einem sehr kurzen Zeitintervall zurück. Dieses Zeitintervall ist trotzdem nicht ausreichend, um eine Entladung des Kondensators 10 zu ermöglichen, so daß der volle Schweißlichtbogen nur für den sehr kurzen Zeitraum brennt, in welchem der Bolzen zu dem Werkstück zurückgeht. Auf diese Weise wird das Entladen des Kondensators genau mit der Bewegung des Bolzens synchronisiert, so daß selbst auf einer dünnen Platte eine einwandfreie Schweißstelle erzeugt wird.
  • F i g. 2 zeigt einen Vergleich zwischen der Entladung eines Kondensators 2 mit und ohne in Reihe geschaltete Induktivität. Die graphische Darstellung zeigt den Strom I in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Kurve 40 zeigt, daß bei Fehlen irgendeiner Induktivität der Strom schnell auf eine hohe Spitze ansteigt und dann ebenso schnell wieder fällt. Die gestrichelte Linie 41 ist eine Bezugslinie, die die Höhe des Stromes zeigt, welche zur Ausführung einer Schweißung erforderlich ist. Es ist ersichtlich, daß annähernd dreiviertel der Fläche von der Kurve 40 über dieser Bezugslinie liegt. Die Kurve 42 zeigt die Wirkung der Induktivität 32 in dem Stromkreis. Es ist ersichtlich, daß das Ansteigen und Abfallen des Stromes erheblich langsamer erfolgt und daß auch der Spitzenwert tiefer liegt. Mit anderen Worten, die Entladeperiode des Kondensators wird verlängert und &durch die SynchronisatIon erleichtert; die nützliche Fläche oberhalb der Linie 40 ist noch für S;chweißzwecke ausreichend.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Lichtbogen-Bolzenschweißen von Metallen mit Kondensatorentladung und Berührungszündung, dadurch gekennzeichn e t, daß die Entladezeit des Kondensators (10) durch eine mit ihm in Reihe im Entladekreis liegr,nde Induktivität (32) gedehnt wird und daß der Entladestrom in zeitlich bestimmter Folge zunächst einen Vorlichtbogen verminderter Stärke beim Zurückziehen des Bolzens und darauf den vollen Schweißlichtbogen beim Vorstoßen des Bolzens unterhält.
  2. 2. Elektrisches Lichtbogenschweißgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Schweißwerkzeug zum Zurückziehen eines Bolzens von einem Werkstück, mit einer Schweißstromquelle und einer Steuerschaltung zur Erzeugung eines Vorlichtbogens geeigneter Intensität bei gleichzeitigem Zurückziehen des Bolzens von dem Werkstück sowie anschließendem Schweißlichtbogen und Rückführung des Bolzens zum Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstromquelle in an sich bekannter Weise als Speicherkondensator (10) ausgebildet ist und daß der Speicherkondensator in Reihe mit einer Induktivität und einem Stromkreis zum Aufladen des Kondensators auf einen vorbe-stimmten Spannungswert liegt. 3. Elektrisches Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom ein von einem Anlaßschalter betätigtes Relais (11) zur Erregung einer Spule (22) in dem Werkzeug zum Zurückziehendes Bolzens und zum Schließen des Vorlichtbogenstromkreises sowie ein zweites Relais aufweist, das von dem ersten betätigt wird und den Schweißstromkreis aufbaut sowie die Spule entregt. 4. Elektrisches Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (10) mit einem spannungsempfIndlichen Relais (11) verbunden ist, welches den Ladestromkreis unterbricht, wenn der Kondensator auf eine von der Einstellung des Relais abhängige bestimmte Spannung aufgeladen ist. 5. Elektrisches Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsempfindliche Relais (11) ein, Kontaktpaar öffnet, um das Relais von dem Kondensator zu trennen und es über ein Schütz (31) od. dgl. an eine Ladequelle angeschlossen zu halten, wobei das Schütz zur Entregung des Relais eine Vorrichtung besitzt, die es in regelmäßigen Abständen öffnet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 264405, USA.-Patentschriften Nr. 2 814 715, 2 836 703. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1198 468.
DEC26562A 1961-03-30 1962-03-23 Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweissen Pending DE1230939B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009028945C5 (de) * 2009-08-27 2013-08-08 Hilti Aktiengesellschaft Handschweißgerät

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE264405C (de) *
US2814715A (en) * 1955-10-25 1957-11-26 Raytheon Mfg Co Percussive welding arc starting devices
US2836703A (en) * 1956-06-19 1958-05-27 Bell Telephone Labor Inc Low voltage arc welding circuit for use with percussion hand welder

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