DE1440413A1 - Schaltungsanordnung zum Einstellen der Abschmelzleistung beim automatischen Lichtbogenschweissen - Google Patents

Description

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Forges et Acieries de Commercy, Socifete Anonyme, ä Commercy (Meuse), Frankreich

Schaltungsanordnung zum Einstellen der Abschmelzleistung beim automatischen Lichtbogenschweißen

Automatische und halbautomatische Schweißvorrichtungen für Schweißung im Lichtbogen mit Schutzgasschmelzelektrode sind bekannt. Sie setzen sich zusammen aus einer Anlage zur Stromversorgung und einem Abspulsystem, dessen Motor den Draht zum Nachschub von einer Spule durch den Schweißkopf bewegt.

Mit den bekannten Vorrichtungen wird ein fester Arbeitspunkt in dem Diagramm der Spannungen als Funktion der Stromstärke ( U =» f (i)) festgelegt, indem vor der Schweißung die Einstellung der Stromversorgung und die Geschwindigkeit der Abspulung des Drahtes eingestellt wird. Dabei muß die Motorgeschwindigkeit oder die Bogenspannung konstant sein, da die Motorgeschwindigkeit mit der Bogenspannung veränderlich ist. Dieser Arbeitspunkt wird also willkürlich vor der Schweißung festgelegt und befindet sich in einem Gebiet, dessen Grenzen durch die Möglichkeiten der Stromversorgung und des Drahtabspulmotors bestimmt sind.

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Bei Lichtbogenschweißanlagen wird die optimale Ausnutzung der elektrischen Energie erreicht bei konstanter Lichtbogenlänge und zunehmender Schweißstromstärke, wenn die Spannung ansteigt. Daraus ergibt sich, daß im Spannungs-Stromstärke-Diagramm der Schweißlichtbogen eine steigende Kennlinie zeigt.

Es ist bereits versucht worden, von dieser steigenden Lichtbogenkennlinie Gebrauch zu machen. So sind Geräte bekannt, die mit gleichbleibender Lichtbogenkennlinie arbeiten und bei denen man mittels eines speziellen Transformators zu erreichen versucht, daß die Spannungs-Stromstärke-Kennlinien einerseits der Stromquelle und andererseits des Lichtbogens einander so nahe wie möglich kommen und evtl. zusammenfallen. Nun war es bei allen bis heute bekannt gewordenen Lichtbogenschweißgeräten erforderlich, zwei Einstellungen vorzunehmen, um einen korrekten Arbeitspunkt des Schweißgeräts zu erhalten, nämlich 1.) eine Einstellung der Stromquelle (mit anderen Worten: der SpannungsyStromstärke -Kennlinie) und 2.) entweder die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit der Schmelzelektrode, wobei der Motor konstante Drehzahl haben mußte, oder die Regelung der Lichtbogenspannung, wenn der Motor veränderliche, von der Lichtbogenspannung geregelte Drehzahl besaß. Diese doppelte Regelung setzte somit eine hervorragende fachliche Ausbildung des Schweißers voraus.

Die Erfindung bezweckt, die in der bekannten Lichtbogenkennlinie tx zum Ausdruck kommende Erfahrungstatsache auszunützen, um automatisch in dem Stromstärke-Spannungs-Diagramm den für die

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vorgesehene Arbeit optimal geeigneten Arbeitspunkt einzustellen.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Einstellen der Abschmelzleistung beim Lichtbogenschutzgasschweißen mit abschmelzender Elektrode, die durch einen Schweißkopf mittels eines Elektromotors angetrieben wird, der eine Einrichtung aufweist, die die Motordrehzahl für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung regelt. Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Regelfunktion in dem Diagramm der Beziehung zwischen Vorschubgeschwindigkeit V der Schmelzelektrode und Lichtbogenspannung ü eine Gerade ist, die für einen gegebenen Durchmesser der Schmelzelektrode der Lichtbogenkennlinie A in dem Diagramm der Beziehung zwischen Lichtbogenspannung U und Stromstärke I entspricht.

Das erfindungsgemäße Gerät hat für industrielle Verwendung Vorteile. Der Schweißer, der das erfindungsgemäße Schweißgerät benutzt, hat nämlich nur eine einzige Einstellung vorzunehmen: die Einstellung der Stromquelle. Ist diese Einregelung einmal vorgenommen, so ist der Arbeiter absolut sicher, daß der Arbeits· punkt in dem Diagramm, das die Spannung als Punktion der Stromstärke darstellt, immer auf der Lichtbogenkennlinie liegt. Man kann sich daher vorstellen, daß der erfindungsgemäße Schweißapparat aus diesem Grunde von wenigen ausgebildeten Personen verwendet werden kann, da der Arbeiter nicht mehr genötigt ist, die Bedingungen, unter denen der SchweißVorgang abläuft, zu überwachen.

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Im übrigen gestattet das erfindungsgemäße Gerat, das Schweißen praktisch unabhängig von der Netzspannung zu machen. Wenn nämlich die Lichtbogenspannung infolge eines Sinkens der Netzspannung abnimmt, wird die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs automatisch korrigiert, und die Stabilität des Lichtbogens bleibt optimal, weil der Arbeitspunkt immer auf der Lichtbogenkenn-' linie gehalten wird.

Die Erfindung sei im nachfolgenden an Hand eines Beispiels ohne Einschränkung der Ausführungsmöglichkeiten und unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild der Schweißapparatur, Fig. 2 ein Diagramm der Spannung in Abhängigkeit von der Stromstärke, in dem die Kurve dargestellt wird, die den Bereich einwandfreien Schmelzens für einen Schmelzdraht bestimmten Durchmessers begrenzt. Fig. 3 die Lichtbogenkennlinien für verschiedene Schmelzdrahtdur chmesser.

In Fig. 1 ist die Schweißapparatur gemäß der Erfindung mit einem Drei-Phase-Netz RST über den Schweißschalter 1 verbunden. Die Stromversorgung umfaßt einen Dreiphasen-Transformator 2, dessen Sekundärwicklungen über einen Umschalter 5 eine Gleichrichterbrücke 4 speist, an deren Ausgang die Spannung ü entsteht. Diese Stromversorgung bewirkt eine ziemlich konstante Spannung U,

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die eine Funktion von I ist. Diese Art der Stromversorgung wurde gewählt, da sie einen stabilen Lichtbogen gewährleistet und es ermöglicht, ideale dynamische Kennlinien zu erhalten, die für den Übergang vom Metall im Lichtbogen notwendig sind.

Die Schweißapparatur umfaßt weiterhin eine Drahtabspulvorrichtung für die Schmelzelektrode. Der Schmelzdraht 5 wird beim Verlassen der Spule 6 von der Abspulvorrichtung, die durch den Motor 8 gedreht wird, abgespult.

Der Schmelzdraht 5 durchläuft eine Schweißpistole 9* die aus einer Flasche 10 mit komprimiertem Gas über einen Elektroschütz 11 gespeist wird.

Der Abspulmotor 8 für den Draht 5 ist ein Gleichstrommotor mit Fremderregung. Die Erregerwicklung 8a des Motors 8 ist direkt an eine Gleichrichterbrücke 12 angeschlossen, deren Wechselstromeingangsklemmen mit den Sekundärwicklungen 15 b eines Hilfstrafos 13 verbunden sind. An den Stromkreis der Primärwicklung IjJa dieses Trafos sind die Kontakte eines Hilfskommutators 14 angeschlossen, die gleichzeitig die Primärwicklung IJa mit zwei Phasen des Netzes RST verbinden.

Die Stromversorgung des Motors 8 umfaßt einen magnetischen Verstärker 15, dessen Versorgungswicklung 15a an die Klemmen einer Gleichrichterbrücke 20 angeschlossen ist. Die Wechselstromeingangsklemmen der Gleichrichterbrücke 20 sind mit den Enden der Sekundärwicklung 21b des Isolationstrafos 21

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(Hochspannung) verbunden.

Die Primärwicklung 21a des Trafos 21 ist zwischen den beiden Phasen, die die Gleichrichterbrücke 4 speist, angeschlossen. Sie regelt somit die Schweißspannung. Der Stufenschalter 18 besitzt mehrere Kontakte 18a, die über die verschiedenen Abgriffe eines Widerstandes 18b verteilt sind. Dieser Stufenschalter bestimmt somit die Größe der Abhängigkeit der Abspul■ geschwindigkeit von der Lichtbogenspannung entsprechend dem verwendeten Drahtdurchmesser.

Die Versorgungswicklung 15a des magnetischen Verstärkers 15 ist mit einem Potentiometer 17 in Serie geschaltet, das zur Feinregelung der Abspulgeschwindigkeit bestimmt ist, um das gesamte Gebiet der eigentlichen Schmelzzone des verwendeten Drahtes ausnutzen zu können.

Die Gleichrichterbrücke 12, die durch die Sekundärwicklung 13b des Hllfstrafos IJ gespeist wird, ist gleichgeschaltet mit den Anschlüssen der Versorgungswicklung 15a des magne-

tischen Verstärkers 15 für die folgenden Fälle.:

1. Der Umschalter des Regulierwiderstands l8 befindet sich in Stellung l8c: Die Abspulgeschwindigkeit# des Drahtes ist dann nicht von der Lichtbogenspannung abhängig, und der,;Motor 8 hat eine konstante Umdrehungszahl, die durch das Potentiometer 19 bestimmt wird.

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2. Der Schalterknopf l6 für den Drahtvorschub wird betätigt: Der Kontakt l6a verbindet die Wicklung 15a mit den Anschlußklemmen der Gleichrichterbrücke 12, und der Kontakt l6b erregt das Relais 23. Der Motor 8 läuft mit maximaler Geschwindigkeit. Der Schalter l6 für den Drahtvorschub dient dazu, den Schweißkopf außerhalb der erwähnten Sehweißvorgänge mit Draht zu versorgen.

Der magnetische Verstärker 15 enthält außer der Versorgungswicklung 15a noch zwei Wicklungen mit den Ausgängen 15b und 15c, die parallel verbunden sind, und zwar einmal über Gleichrichter zu einer Eingangsklemme der Gleichrichterbrücke 22 und zum anderen zu der Sekundärwicklung IJb des Hilfstrafos Ij3·

Die Gleichrichterbrücke 22 erzeugt eine Spannung, die eine Funktion der Lichtbogenspannung U ist, wenn sich der Umschalter des Widerstands 18 in den Stellungen l8a befindet und die Spannung über die Kontakte a und b des Einschaltrelais 2j5 an den Motor 8 angelegt wird.

In Ruhestellung verbinden die Kontakte a und b des Einschaltrelais 23 einen Widerstand 24 in Serie mit dem Eingang des Motors und garantieren so die Bremsung des Motors.

Die Apparatur enthält schließlich eine elektromechanische Regeleinrichtung, die im wesentlichen aus dem Abzug 25 der

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Schweißpistole besteht, der mit der positiven Klemme der Gleichrichterbrücke 26 verbunden ist, die durch die Sekundärwicklung 15c des Hilfstrafos 13 gespeist wird. Die elektromechanische Regeleinrichtung enthält andererseits die Relais 27, 28, 29. Das Relais 27 ist ein Wartungs-(Sicherheits-)Relais; 29 ist ein Trennrelais, und das Relais 28 regelt die Einschaltung des Hauptschalters 1.

Die Schweißapparatur gemäß der Erfindung erlaubt es, für einen Schmelzdraht von bestimmtem Durchmesser den festgelegten Arbeitspunkt auch im Spannungs(v)-Stromstärke(l) -Diagramm das Diagramm ist in Fig. 2 dargestellt - in dem Bereich A eines einwandfreien Schmelzens, das die Lichtbogenkennlinie definiert, stabil zu halten. Die Lichtbogenkennlinie befindet sich im Innern des durch die Kurven B, B,, C, C- definierten Bereichs A. Die Kurven B und B, sind die Kurven der Arbeitspunkte für maximale bzw. minimale Abspulgeschwindigkeit des Schmelzdrahtes. Die Kurven C und C. stellen die maximale bzw. minimale Kennlinie der Schweißanlage dar.

In Fig. 2 hat der Bereich des einwandfreien Schmelzens - die Lichtbogenkennlinie - eine längliche Form mit steigender Tendenz. Diese Lichtbogenkennlinie ist als Mittelwert von Messungen für verschiedene Werte der Abspulgeschwindigkeit V ausgedrückt in m/min bestimmt worden.

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In Pig. 5 ist die Lichtbogenspannung U als Punktion der Abspulgeschwindigkeit V aufgetragen worden. In dem Diagramm sind vier Kurven eingezeichnet: D₁, D-, D., und D^, die die Abhängigkeitsgesetze erkennen lassen, denen die Abspulgeschwindigkeit V als Funktion der Spannung U folgt, und zwar für vier verschiedene Drahtdurchmesser.

In dem betrachteten Beispiel betragen die Durchmesser für D, = 0,9 mm, Dp =» 1,2 mm, D^ = 1,4 mm und Dh = 1,6 mm.

Um die Abhängigkeit zu vereinfachen, hat ^man für jeden Drahtdurchmesser den mittleren Wert der eigentlichen Schmelzzone, begrenzt durch die Kurve A der Fig. 2, festgelegt. Diese mittleren Werte stimmen mit der Lichtbogenkennlinie überein.

Es soll bemerkt werden, daß diese Vorschläge, die hier im Hinblick auf die beigefügte Zeichnung gegeben werden, rein hinweisend und keineswegs mit Einschränkungen gemacht worden sind und daß zahlreiche andere Möglichkeiten verwendet werden können, ohne daß der Umfang dieser Erfindung eingeschränkt wird.

BAD ORIGINAL

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Schaltungsanordnung zum Einstellen der Abschmelzleistung beim Lichtbogenschutzgasschweißen mit abschmelzender Elektrode, die durch einen Schweißkopf mittels eines Elektromotors angetrieben wird, der eine Einrichtung aufweist, die die Motordreiizahl für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelfunktion in dem Diagramm der Beziehung zwischen Vbrschubgeschwindigkeit V der Schmelzelektrode und Lichtbogenspannung U eine Gerade ist, die für einen gegebenen Durchmesser der Schmelzelektrode der Lichtbogenkennlinie A in dem Diagramm der Beziehung zwischen Lichtbogenspannung ü und Stromstärke I entspricht.

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