DE1565421A1

DE1565421A1 - Verfahren und Einrichtung zum Lichtbogenschweissen

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Publication number: DE1565421A1
Application number: DE19661565421
Authority: DE
Inventors: Needham James Christopher
Original assignee: Welding Institute England
Current assignee: Welding Institute England
Priority date: 1965-05-27
Filing date: 1966-05-26
Publication date: 1970-03-19
Also published as: BE681743A; US3496330A; GB1152002A; NL6607424A

Description

DIPL-ING. HANS BBGRICH - DIPL-ING. ALFONS WASMEIER

REGENSBURG 3 · LESSINGSTRASSE 10

Patentanwälte Begrich · Wasmeier, 8400 Regensburg 3, Postfach 11

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B/p 4702

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^Tag 23. Mai 1966 W/He

BRITISH WELDIITG EESEARCH ASSOCIATION, 19 Mtzroy Square,

London ¥. 1, England

Verfahren und Einrichtung zum Lichtbogenschweißen

Bei der praktischen Durchführung von Schweißvorgängen mit pulsierendem Ström oder verwandten Vorgängen, bei denen eine sich verbrauchende Elektrode in Verbindung mit einem Speisesystem verwendet wird, das einen modulierten Strom ergibt, sind Schwierigkeiten "bei der Erzielung besonderer Zustände aufgetreten, da keine einfache Definition des Maßes für die Modulation der Größe einer solchen Impulsstromeinspeisung, die zur Erzielung wirksamer Ergebnisse erforderlich ist, vorliegt. Verschiedene Methoden zur Erzeugung einer Einspeisung mit pulsierendem Strom sind beispielsweise in
der deutschen Patentanmeldung E 25 257 VIIId/21h vorgeschlagen
worden, die das Schalten des Stromes zwischen melir als einem Pegel, aus einer gegebenen Speiseq.uelle oder -das Einschalten von mehr
als einer Quelle zur Einführung des Schweißlichtbogens umfaßt. Eil

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solches Schalten kann beispielsweise durch eine einfache Kontaktgabeanordnung oder einen rotierenden Kommutator oder durch kompliziertere elektrische und elektronische Verfahren erreicht werden, die mehr oder weniger eine modulierte oder pulsierende Einspeisung anstatt eines stetigen, nicht modulierten Arbeitspegels ergeben.

Eine der wünschenswerten Eigenschaften bei der Verwendung einer pulsierenden Einspeisung ist darin zu sehen, daß jede Periode der Wellenform einen bestimmten Übergang einer gegebenen Menge des Elektrodenmaterials ergibt. Beispielsweise kann unter geeigneten Bedingungen eine· Anordnung so gewählt werden, daß ein einzelnes Tröpfchen flüssigen Metalles aufgrund des pulsierenden Stromes einmal in jeder Periode des Impulsbetriebes abgelöst werden kann. Dadurch wird ein hoher Grad an Gleichförmigkeit des Metallüberganges und der charakteristischen Eigenschaften des niedergeschlagenen Metalles, z.B. Wärmeeingang und Durchdringung, erzielt. Die ■ Impulsgröße, die für eine bestimmte Bedingung oder Beziehung zwischen den Übergangseigenschaften und dem Impulsstrom erforderlich ist, wird bisher durch Versuche bestimmt und es können Fehler nur mit Hilfe besonderer Techniken, z.B. durch oszillographische Aufzeichnung und Hochgeschwindigkeitsfotografie der Übergangsvorgänge festgestellt werden.

Bei Impulsen geringer Höhe wird ein gewünschtes Merkmal z.B. der

ch

Übergang eines Metalltröp^ens bei jedem Impuls, nur zufällig erreicht, während bei Impulsen großer Höhe ein Übergang verschiedener Tröpfchen auftritt, wodurch ein erhöhtes Spritzen und möglicherweise eine zerstörende Wirkung auf die Schweißnaht aufgrund zu hoher Lichtbogenkräfte erhalten wird. Die zweckmäßigste Impulshöhe ist nicht leicht zu bestimmen und in der Praxis wird die Impulshöhe so gewählt, daß sie eine steuerbare Veränderliche ist_?

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so daß sie aufgrund von Erfahrungen und Untersuchungen der Schweißnähte eingestellt werden kann, welche mit verschiedenen Höhen unter entsprechenden Bedingungen hergestellt werden. Die Steuerung kann in Form einer Speisequelle mit sich ändernder EMK, z.B. über einen Regeltransformator oder Anzapfungen an einer entsprechenden Quelle oder aufgrund einer Änderung der Serienimpedanz zur Änderung des Stromflusses vorgenommen werden. Es ist natürlich sehr vorteilhaft, wenn die gewünschte Impulsamplitude durch Bezugnahme auf bekannte oder meßbare Eigenschaften bestimmt werden kann, so daß die Arbeitsinjpulsbedingungen entsprechend überwacht werden können.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, daß die Impulsamplituden bei Schweißvorgängen mit sich verbrauchenden Elektroden einen bestimmten Übergangsstrompegel übersteigen sollten, bei dem die Anzahl von übertragenen Tröpfchen oder die Frequenz des Überganges scharf ansteigt, aber auch insoferne, als eine solche 'Forderung einen minimalen Strompegel ergibt, ist dieses Verfahren nicht präzise, da ganz allgemein kein scharfer Übergang in der Übertragungsfrequenz mit dem Strom vorhanden ist, wobei die beiden Werte durch eine kontinuierliche Kurve ansteigender Übertragungsfrequenz alt zunehmendem Strom miteinander in Beziehung stehen, während die Größe der übertragenen Tröpfchen kontinuierlich abnimmt. Damit wird kein scharfer Schnitt im Übergang erreicht, sondern'nur eine Änderung im Ausmaß und jede Definition des Impulsstromes, ausgedrückt in einem solchen Übergang, kann im allgemeinen nur ungenau und nicht eindeutig meßbar sein.

Es gibt jedoch Ausnahmen dieser allgemeinen Regel. Z.B. wird im Falle des Schweißens mit Aluminium in Stickstoffatmosphäre eine

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Form des Überganges erhalten, die in der Literatur bereits bekannt ist. In diesem Falle ist eine größere Diskontinuität bei sich ändernder Elektrodenvorschub- oder -abbrandgeschwindigkeit dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung im übergang von großen Kügelchen, die hauptsächlich unter Einwirkung der Schwcjkraft nach unten fallen, zu vergleichsweise kleinen Tröpfchen erhalten wird, die mit verhältnisnäßig hoher Geschwindigkeit durch den Lichtbogen geführt werden, wobei diese letztere Art des Übergan-' ges ohne Einfluß der Schwerkraft und unter normaler Sprühwirkung als "natürlicher" Übergang bezeichnet wird. Bei einer gegebenen Vorschubgeschwindigkeit, nämlich 3 m/min, für einen Drahtdurchmesser von 0,15 cm wird eine Änderung von 1 bis 2 Übergängen pro Sekunde auf 15 bis 25 Übergänge pro Sekunde oder eine Erhöhung um mehr als das Zehnfache in der Übergangsfrequenz erzielt. Dies ist ein eindeutiger Übergang, der einer vernünftigen, gut definierten ElektrodenvorschubgeschwindiglBLt zugeordnet ist, und er tritt nicht bei Vorschubgeschwindigkeiten auf, die um mehr als etwa - 10$ von diesem Wert abweichen, wobei die Übertragung auf natürliche Weise und mit kleinen Tröpfchen bei. höheren Vorschubgeschwindigkeiten und die Übertragung aufgrund der Schwerkraft und mit größeren Kügelchen bei niedrigeren Vorschubgeschwindigkeiten stattfindet. Eine Stromänderung ist dieser Übertragung zugeordnet und bei der gegebenen Vorschubgeschwindigkeit von 3 m/min, weisen die Ströme für Schwerkräfte- und natürlichen Übergang etwa 95 und 135 A auf. Selbst der höhere Stromwert von 135 A. ist jedoch kein vernünftiger Anhaltspunkt für den Impulsstrom, der zur Erzeugung eines erhöhten natürlichen Überganges erforderlich ist, da Impulse mit einer Größe von 135 A oder selbst von 150 A zur Erzielung der Steuerung eines

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Überganges vollkommen nutzlos sind, wenn die Impulse die a übliche Form aufweisen, nämlich etwa halbsinuswellenförmige Impulse für die Energiespeisefrequenz.

Fach einem ersten Merkmal vorliegender Erfindung wird der Schweißlichtbogen mit Stromimpulsen gespeist, die Spitzenwerte besitzen, welche zwischen einem minimalen Wert gleicher Amplitude des nichtmodulierten Stromes, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen erzeugen würde, wobei bei diesem Übergang aufeinanderfolgende Tröpfchen durch mittlere Intervalle gleich der Dauer der Stromimpulse getrennt würden, und einem maximalen Wert gleich der Amplitude des nichtmodulierten Stromes liegen, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen von einem mittleren Wert der dreifachen Frequenz erzeugen würde, welche durch einen nichtmodulierten Strom mit einer Amplitude gleich dem minimalen Wert gebildet wird. Es ist erforderlich, die Stromamplituden in Hinblick auf mittlere Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen zu bestimmen, da dann, wenn der Lichtbogens-trom nicht moduliert ist, aufeinanderfolgende Übergänge durch relativ weitstreuende Intervalle getrennt werden können. Wenn z.B. die mittlere Trennung in der Größenordnung von sieben Millisekunden liegt, können Intervalle von etwa fünf Millisekunden bis etwa zehn Millisekunden Dauer auftreten. Vorausgesetzt jedoch, daß der Strom.und andere lichtbogenbedingungen gleichförmig gehalten werden, wird ein ziemlich langes Intervall unter Umständen in der Nähe eines ziemlich kurzen Intervalles auftreten, so daß die mittlere Trennung vernünftigerweise aus einer Betrachtung der Übergänge über eine kurze Periode in der Größenordnung von einer Sekunde genau genug bestimmt werden kann.

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Diese maximalen und minimalen Werte für den Bereich von Spitzenwerten des pulsierenden Stromes werden auf diese Weise in bezug auf den nicht modulierten Strom definiert und können deshalb wesentlich direkter bestimmt werden als durch Untersuchung einer Schweißnaht und deren Eigenschaften, z.B. ihrer Durchdringung oder selbst aus der Prüfung einer Speisequelle. Wenn diese Werte einmal für eine bestimmte Kombination aus Elektrode, Werkstück und Schutzgas bestimmt worden sind, können sie für die Berechnung von Spitzenwerten für Stromimpulse mit einem Bereich unterschiedlicher Dauer verwendet werden.

In manchen Fällen können jedoch die Maximum- und Minimumwerte nicht einfach durch Messungen mit einer nichtmodulierten Einspeisung erhalten werden, da bei den entsprechenden Strompegeln der Übergangsmechanismus seine Eigenschaft geändert haben kann. Beispiele hierfür sind Plußeisen und andere widerstandsfähige Materialien, bei denen eine bemerkenswerte Abschrägung der Elektrodenspitze auftritt, wenn der Strom erhöht wird, so daß die Tröpfchen sich nicht mehr aus dem vollen Drahtdurchmesser bilden und damit die Daten nicht mehr genau gelten. In solchen Fällen können Werte erhalten werden, die den oben definierten Werten äquivalent sind, wobei eine Bezugsspeisequelle mit pulsierendem Strom verwendet wird, in der die Impulse etwa rechteckförnige Wellenform besitzen. Die Amplitude des Stromimpulses, die erforderlich ist, uia ein Tröpfchen in einem Intervall vom ^; Augenblick des Beginnes des Impulses gleich der Dauer der Stromiepulse, die in den Schweißlichbogtn eingespeist werden Bussen, abasulösen, ist dann äquivalent den minimalen Wert, der oben dtfiniert wurde, wird jedoch unter Bedingungen gemessen, bei denen

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". die Störung der Drahtspitze und/oder andere Änderungen des Übergangsmechanismus nioht; auftreten. In ähnlicher Weise ist die Amplitude des Strbmimpulses, die zum Ablösen eines !Tröpfchens - in einem Intervall von ein Drittel der Dauer erforderlich ist, äquivalent dem oben definierten maximalen Wert. Die Verwendung •ines solchen Verfahrens mit einer Impulsspeisequelle etwa rechteckförmigtr Wellenform ist zwar werfiger einfach als die Verwendung cbr früheren Methode mit nichtmoduliertem Strom, hat aber die gleichen Vorteile wie das frühere Verfahren, nämlich daß einmal bestimmte Werte zur Berechnung der gewünschten Sptzenwertbereiche bei einer Auswahl von unterschiedlichen Impulsqutllen und Metallgaskombinationen verwendet werden können·.

Dit Stroeiapulse mit halbsinusförmiger Wellenform, die von einer Haupttinepeisung mit Wechselstrom von 50 Hz abgenommen werden, weisen eine maximal mögliche Impulsdauer von 10 Millisekunden

ist
auf. In der Praxis/unter bevorzugten Arbeitsbedingungen, bei denen die Impulseinspeisung bei relativ niedriger Leerlaufspannung erfolgt und der Ausgang einem Grundpegel überlagert wird, der nicht ausreicht, um einen Übergang in den Perioden zu erzeugen, fUr die er selbst wirksam ist, und in denen die Spannung der Inpulsspeisequelle nicht wesentlich die des Schweißlichtbogene tibersteigt, die tatsächliche Dauer des Stromimpulses wesentlich geringer als das theoretische Maximum und oft in der Größenordnung von zwei Drittel dieses Wertes, nämlich 7 Millisekunden* Daait würde der minimale Spitzenwert solcher Stromimpulse,die de« Schweißlichtbogen in einem Verfahen gemäß der Erfindung zugeführt werden, gleich dem unmodulierten Strom sein, der eine mittlere Übergangsfrequenz in der Größenordnung . von 150 Tröpfchen pro Sekunde ergeben würde. Dieser Ström, der

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als I„ bezeichnet wird, wobei f. die Frequenz darstellt, die

¹ * - gegeben ist

durch den reziproken Wert der Dauer der Impulse⁷, die dem Schweißlichtbogen zugeführt werden, und der wie oben ausgeführt, in der Größenordnung von zwei Drittel der Dauer einer Halbperiode der Energieeinspeisung für einfache sinusförmige Impulβströme ist, stellt einen Grenzwert dar, bis zu dem der Spitzenwert des Impulsstromes nicht fallen darf. Verwendet man die gleiche Beziehung, kann der obere Wert zum Impulsstrom so definiert werden, daß er nicht den Wert I_- oderr die Amplitude des nichtmddulierten Stromes übersteigt, der einen Obergang bei einer Frequenz gleich den Dreifachen der Frequenz f ergibt. In der Praxis ist es oft erwünscht, die Anwen-dung von zu hohen Strömen im Lichtbogen zu vermeiden, die zu nachteiligen Einflüssen führen können, z.'B. zum Spritzen; deshalb sind bevorzugte Grenzen für die Impulsstromepitze Werte, die nicht kleiner als I„ und nicht größer als I._f Bind. Für eine angenähert sinu8wellenförmige Modulation des lichtbogen·tromee kann dieser Bereich vorteilhafterweiee so ausgelegt werden, daß er nicht kleiner als 1,1 I- und nicht größer als 0,9 Ipf ist. Eine äquivalente Möglichkeit, die gewünschte JLaplitude des Spitzenstromes in I„ allein auszudrücken, besteht darin, daß sie nicht kleiner als 1,1 I- und nicht größer 1,4 I- sein soll. Bei der Bestimmung des Stromes, der einer bestimmten mittleren Übergangsfrequens entspricht, stellt man fest, daß die Frequenz sehr rasch mit dem Strom in solchen Bereichen ansteigt und die Amplitude Ig« darf z.B. die Amplitude I- nicht um mehr als 50 bis 70 A übersteigen. Die angegebenen Grenzen ergeben deshalb meßbae Endwerte für den gewünschten Spitzenimpuls strom innerhalb vernünftiger enger Grenzen, so daß der optimale Betrieb innerhalb solcher Grenzen in der Praxis einfach

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aufrechterhalten werden kann. Wenn das Stromintervall zwischen • ΐ« und I«-, kleiner als 50 A ist, wie dies bei Drähten von weni-■ ger" als 0,15 cm Durchmesser auftreten kann, überschneiden sich die Grenzen von 1,1. I„ und 0,9 Ipf ^wo^^ei dann der bevorzugte Strom zwischen den festgelegten niedrigeren und höheren Stromwerten liegt. Andererseits können bevorzugte Grenzen als Stromspitzen mit einem Wert nicht kleiner als 1,05 I_f und nicht grosser als 0,95 Ipf fe^tgeligt werden. Es ist jedoch zweckmäßiger, die Strombegrenzung/der oben erwähnten äquivalenten Weise auszudrücken, d.h. in I- allein, und zwar mit 1, 1 I„ - 1,4 I_f.

Nach einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung weist ein mit pulsierendem Strom arbeitendes Schweißsystem mit sich verbrauchender Elektrode eine Vorrichtung auf, die einen Grundstrom in den Schweißlichtbogeiyeinführt, dem Impulse hoher Amplitude überlagert sind, wobei der Wert des Grundstromes nicht ausreicht, um einen natürlichen Übergang des Elektrodenmateriales während der Perioden zu erhalten, für -die er selbst wirksam ist, und wobei die Spitzenwerte der Impulse zwischen vorbestimmten Grenzen von I- und I- liegen, die entweder in Ausdrücken des nichtmodulierten Stromes oder in Ausdrücken etwa rechteckförmiger Wellenimpulse in der vorbeschriebenen Weise definiert sind. Ferner besitzt das System eine Einrichtung zur Anzeige der Spitzenamplitude der Stromimpulse sowie eine Einrichtung.zur.effektiven Einstellung dieser Amplitude.

Fach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Spitzenamplitude der Stromimpulse beim Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Strom so ausgelegt, daß die Augenblicke des Überganges mit den Perioden zusammenfallen, in welchen der Strom, der dem Lichtbogen ' zugeführt wird, rasch am'Ende der Impulse, die diese Übergänge

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bewirkt haben, abfällt. Bei der annähernd sinusförmigen impulsform ist beispielsweise ein solcher Übergang so ausgebildet, daß er dann auftritt, wenn der Strom auf weniger als den gegebenen Wert um den Mittelwert des Spitenimpulsstromes und den Mittelwert des Grundstromes abgefallen ist. Eine derartige Anordnung ergibt eine verhältnismäßig gute Lichtbogenstabilität und gleichzeitig eine weniger heftige Ablösung der Tröpfchen,als wenn die Ablösung dann auftritt, wenn die Amplitude des Impulses näher am Spitzenwert liegt. In bestimmten Fällen jedoch, in denen das Stäbilitätsproblem weniger von Bedeutung ist, kann eine weniger heftige Ablösung erreicht werden, wenn der letzte Moment der Ablösung dann auftritt, wenn der Impulsstrom aufgehört hat, d.h. der Strom auf den Grund- oder Nichtimpulspegel zurückgekehrt ist. Es wird angenommen, daß die Möglichkeit eines impulserzeugenden Überganges nach Durchlaufen des Spitzenwertes aufgrund der Lichtbogenkräfte auftreten kann, die dem Impulsstrom zugeordnet sind, der das geschmolzene Tröpfchen nach vorne in dem Ablösevorgang gebracht hat, wobei ein ausreichendes Moment für die Ablösung trotz des theoretischen Auf hör ens der Wirkung der Lichtbogenkrafb gegen das Ende der Im- . pulsperiode zu, wenn der Strom rasch verringert wird, unvermeidlich ist. Um einen solchen späten Übergang zu erzielen, ist es auch erforderlich, daß die Spitzenamplitude des Stromimpulses größer als 44« I», jedoch nicht wesentlich größer ist, wobei unter Verwendung der oben erwähnten Bezeichnung entsprechende Spitzenwerte innerhalb der Grenzen von 1,11» bis 1,2 I„ für eine bestimmte Kombination aus Elektrodenmaterial und Schutzgas liegen. Je nach der verwendeten Kombination aus Metall und Gas ändert sich der numerische Wert von I„, das Verhältnis der bevorzugten Spitzenstromamplitude zu dem charakteristischen Wert bleibt jedoch unverändert.

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Bei einem abgeänderten Schweißsystem mit pulsierendem Strom,

* ■

bei dem der Grundstrom, der dem Schweißlichtbogen zugeführt wird', alt höheren .Stromimpulsen mit Spitzenwerten zwischen I_f ,und I_« überlagert ist, wird eine Vorrichtung vorgesehen, die auf die Lichtbogenspannung anspricht, um die Augenblicke des Übergange· von Tröpfchen des Elektrodenmateriales anzuzeigen; ferner ist eine Vorrichtung zur Einstellung des wirksamen Stromwertes der Impulse in Abhängigkeit von einer Anzeige der Augenblicke des Überganges aufgrund der Anzeigevorrichtung vorgesehen.

Sin weiterer Paktor, der ebenso wie die zweckmäßigste Impulshöhe für eine gegebene -Impulsform und/-Dauer zu beachten ist, let das Iäfcfrvall zwischen Impulsen oder die Impulswiederholfrequenz. B$± einer gegebenen Geschwindigkeit des Elektrodenvorsohubes steuert die Irapulswiederholfrequenz (wenn man annimmt, dan Al« Beziehung der Übertragung von einem Tröpfchen pro Impulssyklus aufrechterhalten wird) direkt das übertragene MetallvoIuaen oder die Tropfengröße. Vorzugsweise ist die Übergangsfrequenz to ausgelegt, daß der Durchmesser der Kugeln gleichen Volumens

ch

wie der übertragenen Tröpfen nicht kleiner als die Hälfte und nicht größer als das Doppelbe des Durchmessers des Drahtes der sich verbrauchenden Elektrode ist. Dies wiederum schließt mit ein, daß die mittlere Länge des Elektrodendrahtes, die jedem übergang zugrunde gelegt ist, .zwischen den Grenzwerten von 1/12 des Eigendurchneseers bis zum 5 1/3 fachen des Eigendurchmeesers ist. Diese Beziehungen können symbolisch wie folgt ausgedrückt Werdens

1/2 <C D/d <C 2 und 1/12 <C ρ <\ 5 1/5

wobei D der Durchmesser des theoretisch kugelförmigen Tröpfchens und d der Elektrodendurchmesser: sowie p das Verhältnis der

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mittleren Drahtlänge pro Titpfchen zum Elektrodendurchmesser ist. ,

Vorzugsweise gilt:
j ^ 1 1/2 und damit: 16^ ρ <^ 2 1/4 oder etwa 1/5 \

In vielen Fällen ist eine zweckmäßige Tröpfchengröße eine solche, die ein Volumen gleich einer Kugel vom Durchmesser aufweist, der etwa gleich dem Durchmesser des Elektrodendrahtes ist, d.h. daß das Verhältnis D/d etwa 1 und der Wert ρ etwa 2/3 ist. Es

SO

ist somit ein wünschenswertes Betriebsmerkmal, daß /wohl die ImpulBgröße innerhalb der oben angegebenen Bereiche liegt als auch die Impulswiederholfrequenz innerhalb der Grenzen liegt, die dem bestimmten Tröpfchenvolu/nnen relativ zur Drahtgröße zugeordnet sind. Die Wiederholfrequenz oder Übergangsfrequenz ist:

wobei w die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit in cm/min und ρ die mittlere Drahtlänge pro Tröpfchen relativ zum Elektrodendurchmesser d ist.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Pig. 1 zeigt eine bevorzugte Schaltanordnung zur Anzeige des

• Auftretens des Überganges eines Tröpfchens von Elektroden material,

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Pig. 2 die sichtbare Anzeige, die auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre erzeugt wird, welche sowohl auf die pulsierende -.".' Wellenform, die dem Lichtbogen zugeführt wird, als auch auf "Sas Ausgangssignal einer Vorrichtung zur Anzeige der Augenblickswerte des Übergängen von Tröpfchen des Elektrodenmateriales anspricht, und

!ig. 3 schematisch eine Anordnung zur Einstellung der Frequenz von Impulsen, die dem Schweißlichtbogen in Abhängigkeit von der Elektrodenvorschubgeschwindigkeit aufgegeben wird und die die Größe der übertragenen Tröpfchen steuert.

Sowohl das Verfahren als auch die Schweißeinrichtungen gemäß der Erfindung beruhen auf der Tatsache, daß festgestellt wurde, daß Grenzen für die Spitzenwerte der pulsierenden Ströme, die in dem Schweißlichtbogen eingespeist werden, für eine bestimmte Metall-Gas-Kombination in bezug auf die Arbeitsweise der Lichtbogen der Kombinationen unter nichtmodulierten Strombedingungen oder mit etwa rechteckförmiger Wellenmodulation bestimmt werden können. Dadurch wird die Auswahl entsprechender Spitzenwerte sehr vereinfacht. Es können übliche Verfahren zum Messen der Frequenzen des Tröpfchenüberganges mit sich ändernden Pegeln nichtmodulierten Stromes verwendet werden. Das zweckmäßigste Verfahren besteht normalerweise darin, ein Signal zur Anzeige zu bringen, das die Lichtbogenspannung auf einer Kathodenstrahlröhre zur Anzeige bringt so daß die Augenblicke des Überganges als Spannungsspitzen sichtbar werden. Ein weiteres Verfahren, das auf dem Gebiet der untersuchung von Schweißvorgängen mit sich verbrauchender Elektrode bekannt ist, besteht darin, einen Hochgeschwindigkeitsfilm des BetriBbslichtbogens selbst anzufeifcigen, so daß der tatsächliche Übergang von T^fchen fotografiert und die Frequenz oder das Zeit-

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Intervall von der Beobachtung der Fotografien und der Kenntnis der Betriebsgeschwindigkeit der Kamera bestimmt werden kann, lin zweckmäßiges Verfahren zur Änderung des nichtmodulierten Liohtbogenstromes während solcher Messungen umfaßt die Einstellung der Geschwindigkeit des Elektrodenvorschubes. Die Verwendung eines nichtmodulierten Stromes zur Bestimmung der Grenzen für die Spitzenwerte des pulsierenden Stromes ist in Zusammenhang mit Aluminiumelektroden in einer Stickstoffatmosphäre und anderen gewöhnlich verwendeten Elektroden geringen Widerstandes, vorzugsweise in einer Atmosjhäre mit inertem Gas 4β4 zufriedenstellend. Pur Elektroden höheren Widerstandes, z.B. Plußeisenelektroden, ist es jedoch vorteilhaft, die vorgeschriebene Impulstechnik mit Rechteckwellenform anzuwenden. Vorausgesetzt, daß der mittlere Strompegel der Impulse nicht ausreicht, um ein zu hohes Abschmelzen des Elektrodenmateriales und infolgedessen eine Störung der Spitze zu erzielen, kann die Verwendung einer solchen Impulstechnik genau äquivalent der Verwendung eines nichtmodulierten Stromes betrachtet werden. Es ist lediglich notwendig, sicherzustellen, daß die Dauer eines jeden Impulses die Dauer der Impulse übersteigt, die dem Lichtbogen oder dem Teil der in Betracht stehenden Dauer zugeführt werden. Die Amplitude eines Heehteckwellenimpulses, die einen Übergang bewirkt, der von dem Augenblick der Einleitung des Impulses um ein Intervall gleich , der Dauer eines dem Lichtbogen aufzugebenden Impulses getrennt ist, entspricht der Amplitude I-, die in bezug auf den nicntmoäulierten Strom weiter oben definiert worden ist, und die Braseugung eines Überganges in der Hälfte oder ein Drittel cTer Zeit entspricht den Ausdrücken Ip_foder I _. Identische Verfahren können zur Beobachtung der Augenblicke des Überganges unter Verwendung von Kathodenstrahlröhren oder Kinematographie anwendet ' wenden, vorausgesetzt, daß die Augenblicke der Einleitung der -

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Reohteckwellenimpulse ebenfalls registriert werden.

Typische Stromamplituden für Beispiele bestimmter Elektroden-Gras-Kombinat ionen, die ganz bestimmte Übergangsfrequenzen ergeben, sind in nachstehender Tabelle zusammengefaßt:

Elektroden material	Elektroden durchmesser in cm	Gas	Übergänge/ see.	Stromamplitude in A.
Aluminium	0,15	Stickstoff	150	215
Aluminium .,	• 0,15	Stickstoff	300	260 .
Aluminium	0,15	Stickstoff	450	290 ir
Aluminium	0jl2	Stickstoff	150,	175
Flußeisen	0,12	Stickstoff 2?6 Sauersto	150 ff	260
Korrosionsbe ständiger Stahl	0,12	Stickstoff 2# Sauerstoff	150	205
Korrosionsbe ständiger Stahl	0,12	Stickstoff	150	235

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Aus solchen Werten von.I__?wie sie expermimentell bestimmt wur- '*' den, und dem bevorzugten Bereich des Spitzenimpulsstromes, wie er bereits relativ zu I„ gegeben ist, k$nn die gewünschte Betriebsimpulsstromspitze erhalten werden. Vorzugsweise wird der Impulsstrom automatisch oder halbautomatisch so eingestellt, daß ein Übergang gegen das Ende des Impulses auftritt, wenn der · Strom rasch auf den Grundpegel fällt. In Fällen jedoch, in denen die Augenblicke des Überganges nicht so einfach angezeigt werden, oder um eine einfachere Einrichtung zu verwenden, kann der Spit- , zenimpulsstrom in Abhängigkeit von den oben bestimmten Werten gemessen und eingestellt werden*. Diese Einstellung kann von dem Bedienenden oder automatisch über ein Servosystem vorgenommen werden, wobei ein Spitzenstromabfühleingang und der Ausgang entweder auf das Impulsspeisesystem oder auf das Grundstromsystem arbeiten, wie dies früher beschrieben wurde, üb den Impulsstromausgang zu ändern. Wenn somit der Spitzenstrom unter den Wert 1,1 I„ fällt, steigt der Strom an, und wenn der Spiteenstrom den Wert 1,4 I- übersteigt, wird der Strom entsprechend verringert.

Eine Einstellung der Spitzenwerte der Impulse, die dem Schweißlichtbogen für eine bestimmte Elektroden-Gas-Kombination aufgegeben werden, kann beispielsweise durch eine Vorrichtung zur Einstellung der Leerlaufspannung des Impulsgeneratorβ oder der Serienimpjzfedanz, oder aber durch Einstellung der Amplitude einer Grundetromeinspeisung erreicht werden, der die Impulse tiberlagert sind, wobei eine Erhöhung des Grundstromes eine Erhöhung der Be-" triebslichtbogenlänge und der Impedanz und eine sich daraus ergebende Abnahme des Stromes aus der Impulsquelle ergibt. In einer dritten Anordnung kann der wirksame Wert der Spitzenamplitude der Impulse mit Hilfe einer Gatteranordnung eingestellt werden, die

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verhindert, daß der führende Teil des Impulses dem Lichtbogen ■ aufgegeben wird. Da der Einstellbereich durch ein solches Ver-' fahren begrenzt ist und normalerweise nur dazu dient, eine Ver ringerung des effektiven Stromwertes zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Anordnung so zu treffen, daß eine endliche Verzögerung des Anlegens der Impulse bei normalem Betrieb auftritt, so daß eine Einstellung in beiden Richtungen vorgesehen werden kann.

Die Einstellung der Spitzenstromwerte in den Systemen gemäß der Erfindung können von Hand in Abhängigkeit von der Beobachtung einer Anzeige oder automatisch über ein Servosystem vorgenommen werden. Die Anzeige, die von einem Bedienenden beobachtet wird, oder auf die ein Servosystem anspricht, kann entweder eine direkte Anzeige des Spitzenwertes oder ein entsprechend abgeleiteter Wert oder vorzugsweise eine Anzeige der Augenblicke des Auftretens von Übergängen von Tröpfchen sein.

Die Spitzenwerte der Impulsetromwellenform, die dem Schweißlichtbogen zugeführt werden, können aus Oszillogrammen des Betätigungsimpulsstromlichtbogens erhalten werden, werden jedoch auf zweckmäßigere Weise durch Anzeige der Ergebnisse nach bekannten Spitzenmeßverfahren erhalten. Beispielsweise kann die Spannung an einem Stromnebenschlußwiderstand oder Widerstand mit geringem Widerstandswert in Reihe mit der Impulsstromeinspeisung zum Lichtbogen verstärkt und die Spitze durch eine einfache Diodensehaltung angezeigt sowie von einer Kapazität gespeichert werden, wobei die Spannung gemessen und auf einem z.B. in Stromspitzenwerten geeichten Meßgerät zur Anzeige gebracht wird. Ein derartiges System kann einfach nach einem bekannten Verfahren für die angenäherte sinusförmige Wellenform

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oder ähnliche Wellenformen in dem in den Lichtbogen eingespeisten Strom entworfen werden. Es können jedoch kleinere Fluktuationen oder Spitzen im Strom in bestimmten Fällen aufgrund der charakteristischen Eigenschaften der den Strom in den Lichtbogen einspeisenden Quelle oder aufgrund bestimmter Merkmale im lichtbogen, z.B. momentane Kurzschließung der geschmolzenen Spitze zum Werkstück, die bei kurzen Betriebslichtbögen auftreten kann, wenn der Kurzschluß eine Vergrößerung des Stromes und damit eine höhere Spitze bewirkt, vorhanden sein. Damit solche Möglichkeiten zugelassen werden, ist es vorteilhaft, die Spitze des angelegten Stromimpulses zum Lichtbogen über eine begrenzte Zeitdauer zu messen, die ausreicht, um irgendwelche Störungen, die zu einer Verringerung der Meßgenauigkeit führen würden, auszumitteln. Damit könnte die Stromspitze über z.B. zwei Millisekunden für einen Halbwellensinusstromimpuls gemittelt werden, wie er von einer Speisequelle von 50 Hz erhalten wird. Die Mittelungsperiode kann entsprechend der bestimmten Wellenform vergrößert oder verkleinert werden und kann etwa zwischen 1/5 und 1/2 der impulsdauer betragen. Für allgemeine Zwecke bei angenähert sinusförmigen Wellenformen jedoch würde etwa ein Drittel der Impulsdauer (z.B. zwei Millisekunden für eine Gesamtimpulsdauer von 7 Millisekunden) geeignet sein. Mit einem derartigen gedämpften Meßsystem sind die angezeigten Werte natürlich kleiner als der echte Spitzenwert eines einfachen, sinusförmigen Stromimpulses, und die zur Definition der Grenzen des Impulsstromes verwendetet! Faktoren sollen vorzugsweise entsprechend verbessert werden. Beispielsweise s.oll bei einer Haupteinspeisung von 50 Hz und einem annähernd sinusförmigen Stromimpuls von etwa 7 Millisekunden Gesamtdauer und bei einer Spitzenmeßvorrichtung mit einer Mittelzeitdauer von etwa 2 Millisekunden die angezeigte Spitzengröße r

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* nicht kleiner als 0_t85 I_f und nicht größer als 0,85 I_2f oder nicht kleiner als 0,9 I_f und nicht größer als 1,1 I„sein. Die entsprechenden Faktoren können je nach den Umständen bestimmt werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Grundlage für die Beschreibung der Grenzen der entsprechende stetige Strom ist, bei dem die Übergangsfrequenz durch den reziproken Wert der Impulsdauer gegeben ist. Wenn der Spitzenstrom in einem System mit einer Mittelwertstufe oder Zeitkonstantenstufe angezeigt wird, werden diese Paktoren weiter in Abhängigkeit von dem erwarteten Verhältnis zwischen dem angezeigten Spitzenwert I und der augenblicklichen Stromspitze I¹ angepaßt. Dieser weitere Faktor hängt von der Zeitkonstanten der Anzeigeschaltung relativ BU der Impulsdauer oder Frequenz der Haupteinspeisung ab. Bei , Impulsen mit'Halbeinuswellenfοrm, bei denen die Zeitkonstante 1/10 einer Impulsperiode 1st, d.h. 1 Millisekunde für eine Impulseinspeisung von 10 mS, ist das Verhältnis I /I¹ = 0,9 und für eine relative Zeitkonstante von 0,2 beträgt das Verhältnis 0|8} für eine Zeitkonstante von 0,4 beträgt das Verhältnis 0,6.

Die Augenblicke des Übergangs von Tröpfchen bei richtiger Anseige, z.B. im Falle eines Lichtbogens zwischen Aluminiumelektroden in Stickstoff werden von einem scharfen Anstieg der Span-

nung in der Größenordnung von 1 bis 15 V in einer Zeitperiode kleiner als eine Millisekunde.begleitet. In diesen Fällen kann der Übergang einfach durch eine Schaltung angezeigt werden, die so ausgelegt ist, daß sie diese kurze Spannungsänderung hervorhebt und gegen andere und/oder langsamere Fluktuationen unterscheidet. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist in Fig. 1 gezeigt, und weist einen Selbstvorspannteil mit einem Widerstand Rl und einem Kondensator Cl mit einer Zeitkonstanten Tl auf, der der mittleren Lichtbogenspannung zusammen mit einem Teil zur

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Anzeige von Spannung σ ν über diesen Mittelwert hinaus folgt. .,. Ein Teil dieses Überschusses über ein vorbestimmtes Minimum hin- ' · aus, das durch Verwendung von Dioden D zusammen mit dem Wider- · stand R4 eingeführt wird, um ein Niveau zu erreichen, dafe diese Überschußspannung übersteigen muß, damit sie in dem Anzeigesystem registriert wird, wird in einer Differenzierschaltung differenziert; diese Differenzierschaltung enthält einen Widerstand R3 und einen Kondensator C 3/ welcher eine Zeitkonstante besitzt, die eine Millisekunde oder kleiner sein kann, die jedoch nicht so kurz sein darf, daß sie den angezeigten scharfen Spannungsanstieg zu sehr schwächt. Das' Aus gangs signal aus der Differenziervorrichtung wird einer Anzeigevorrichtung aufgegeben, die beispielsweise^ine Speicherschaltung oder ein einfacher Impulsgenerator sein kann, der einen Ausgang für jeden angezeigten scharfen Spannungsanstieg, d.h. das Auftreten des Überganges im Lichtbogen ergibt. Der Ausgang mit der geforderten Verstärkung kann auf einer Kathodenstrahlröhre in Verbindung fflit der Impulestromwellenform angezeigt oder zur Erzielung einer Markierung auf der Wellenform verwendet werden, wo daß der Augenblick des Überganges in bezug auf den Impulsstrom klar zum Ausdruck gebracht wird. Andererseits kann die Zeitdauer zwischen dem Beginn des Stromimpulses und dem Augenblick des Überganges angezeigt und dieses Zeitintervall sichtbar gemacht werden. Da die Impulsstromdauer mit der sinusförmigen Wellenform weitgehend von vorneherein vorgegeben ist und in der Größe von 2/3 und 1/2 Perloden der Haupteinspeisung liegt, ist auch das bevorzugte Zeitintervall zum Augenblick des Überganges bekannt und kann z.B. als eine Millisekunde kleiner als die Stromimpulsdauer genommen werden. Eine solche Einstellung gewährleistet, daß der Übergang in dem Augenblick auftritt, zu dem der Stromimpuls rasch fällt und auf den Grundstrompegel zurückkehrt.

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Es gibt andere Lichtbogenspannungsschwankungen, die ebenfalls ■ durch ein derartig einfaches System angezeigt werden können und die nicht notwendigerweise den Übergang anzeigen. Wenn beispielsweise ein Kurzschluß aufgetreten ist ( was' üblicherweise nicht erwünscht ist) sind größere Spannungserhöhungen von Kurzschlußspannungsauf Lichtbogenspannungspegel bei der Unterbrechung des Kurzschlusses vorhanden. Diese können dadurch unterschieden werden, daß eine Vorspannung zur Beaufschlagung des Mittelungsteiles der Schaltung auf beispielsweise 20 V vorgesehen wird. Zusätzlich kann eine weitere Vorspannanordnung verwendet werden, die auf eine verhältnismäßig lang dauernde mittlere Lichtbogenspannung mit einer Zeitkonstanten, die durch den Widerstand R2 und den Kondensator C2 gegeben ist, abgestellt ist. Mit diesen Vorspannungen in der ersten vorbeschriebenen Schaltung muß der scharfe Spannungsanstieg, der den anzuzeigenden Übergang bezeichnet, bei einem Pegel über der voreingestellten Spannung, z.B. 20 V oder der lang andauernden mittleren Lichtbogenspannung (aus der Schaltung mit dem Widerstand R2 und dem Kondensator 02) je nach dem größeren Wert auftreten. Typische Werte, die verwendet werden können, sind eine Zeitkonstante in der Größenordnung von 0,1 Sekunden für die Langzeit-Vorspannung mit R2 = 100 Ohm und 02 = .1.000 Mikrofarad sowie einer Zeitkonstanten von 0,01 Sekunden für die mittlere Lichtbogenspannungsschaltung mit Rl = 100 Ohm und Gl =100 Mikrofarad. Der Wert des Widerstandes R4 beträgt Ik Ohm und der des Kondensators 03 und des Widerstandes R3 der •Anzeige der Differenzierschaltung zur Einspeisung eines entsprechenden Schau- oder Taktgebereagaalsystems 0,1 Mikrofarad und 10k 0hm.

Verwendet man das oben beschriebene Anzeigesystem oder ein ande- ' res entsprechendes Anzeigesystem zur Bezeichnung der Augenblicks-

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werte iea Überganges in bezug auf den Impulsstrom, kann der Strom entweder von Hand oder automatisch so eingestellt werden, daß die Augenblicke des Überganges gegen das Ende des sinusförmigen Stromimpulses auftreten. Ein Servosystem zur Erzielung einer automatischen Einstellung würde einerseits den Augenblick des Überganges abfühlen und insbesondere den Augenblick in bezug auf den Impulsstrom und/oder die Dauer, und würde andererseits eine Steuerung zur Änderung der effektiven Impulsstromamplitude betätigen. Wenn somit der Übergang früher als erwünscht auftritt, d.h. das Zeitintervall zwischen dem Anlaufen des Stromimpulses und dem Augenblick des Überganges so ist, daß der Übergang auftritt, während der Strom verhältnismäßig hoch ist,wird der effektive Impulsstrom von Hand oderautomatisch vermindert. Wenn umgekehrt der Übergang später als für die Stabilität erwünscht auftritt, oder sogar dann auftritt, wenn der Impulsstrom aufgehört hat, könnte das System die wirksame Impulsabgabe erhöhen, bis der Übergang auftritt, während der Strom rasch auf den Grundpegel fällt.

Ein Ausführungsbeispiel für eine zweckmäßige Anzeige ist in Fig. 2 dargestellt. Der Augenblick des Überganges, wie er angezeigt wird, dient zur Erzeugung einer helleren Fläche 10 auf der Spur 11, die von einer Kathodenstrahlröhre aufgezeigt wird. Die Anzeige kann von einem Bedienenden beobachtet werden, der von Hand Steuerungen vornimmt, um den Sp-itzenstromwert der Impulse entsprechend zu verändern; andererseits kann in einer Servoanordnung das Abfühlen mit Hilfe von Fotozellen durchgeführt werden, die so angeordnet sind, daß sie ein Vergrößerungssignal ergeben, wenn der Übergang später als erwünscht auftritt, sowie umgekehrt ein Verringerungssignal, wenn der Übergang früher auf-i tritt. Um in einem solchen System die Tendenz zum Pendeln zu .

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verringern, kann die Abfühlung so durchgeführt werden, daß ein ' toter Raum über den gewünschten Betätigungsbereich 12, der durch gestrichelte Linien angedeutet ist, vorgesehen wird, sodaß nur dann, wenn dtr Übergang außerhalb dieses Totbereiches auftritt, dieses Servosystem eine Korrektur durchführt. Andererseits kann anstelle der Verwendung einer Kathodenstrahlröhrenanzeige die Servoeinrichtung auf das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Stroeirapulsee und dem Augenblick des Überganges abgestellt werden und dieses Zeitintervall kann in geeigneter Weise so gegattert oder angezeigt werden, daß der wirksame Impulsstrom nur dann

früher •ingestellt wird, wenn die Übergänge/und später als erwünscht oder insbesondere früher und später als in einem gewünschten Bereich auftreten. Wenn beispielsweise der Übergang innerhalb der Periode von 0,-5 Millisekunden voa Beginn des Stromimpulses an auftritt, arbeitet die Servoeinrichtung in der Weise, daß sie den wirksamen Impulsstrom redssiert. Wenn der Übergang in einer Zeitperiode größer als 6 1/2 Millisekunden vom Beginn .des Stromimpulses an auftritt (im Falle eines sinusförmigen Impulsstromes, der von einer Hauptspeisequelle mit 50 Hz entnommen wird, wobei die Gesaintimpulsdauer in der Größenordnung von 7 Millisekunden . liegt) arbeitet die Servoeinrichtung in der Weise, daß sie den wirksamen Impulsstron vergrößert* Auch hier kann ein Servorbetrieb entweder den Strom progressiv bei einer Befehlsgabe aus den Abfühlsystem mit einer gleichförmigen Geschwindigkeiten ändern oder vorzugsweise kann die Korrektwrgesehwindigkeit für einen Anstieg im Fehlersignal so vergrößert werden, daß eine raschere Korrektur des Stromes ohne eine zu große Tendenz zum Pendeln erreicht wird.

Das Servosystem, das den wirksamen Impulsstrom steuert, kann ^entweder über eine elektromechanische Gelenkverbindung oder rein

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elektrisch arbeiten. In ersterem Falle weist das Servosystem » einen Motor mit EIN/AUS-Steuerung und Umkehrsteuerung auf, der von dem Abfühleingang geregelt wird und der.auf eine Steuerung einwirkt, die z.B. die Leerlaufspannung über einen Regeltransformator oder die Serienimpedanz oder sogar die Steuerung für den Grundstrom, wie im Falle einer transduktorgesteuerten Trans-, formatorgleichrichtereinspeisung beeinflußt. Andererseits kann die Stromeinstellung im Falle der transduktorgesteuerten Grundeinspeisung durch elektrische oder Festkörperschaltungen erreicht werden, die den Strom in der Steuerwicklung des Transduktors regeln, Pas Servosystem kann je'doch wiederum den wirksamen Impulsstrom durch Verzögerung der Einleitung des sinusförmigen Stromimpulses, z.B. mit Hilfe eines gegatterten oder gesteuerten . Gleichrichters reduzieren. In diesem Falle kann anstatt des einfachen Transformator- und Diodensystems ein silicium-gesteuerter Gleichrichter sowohl für die Diode als auch für die verzögerte Einschaltung verwendet werden.

Obgleich die Impulswiederholfrequenz in Abhängigkeit von den obigen Überlegungen ausgewählt werden kann, so daß das übertragene Tropfenvolumen als Kugel einen Durchmesser etwa gleich dem des Drahtes aufweist, ist es zweckmäßig, die Impulswiederholfrequenz so auszulegen, daß sie sich mit der Drahtvorschubgeschwindigkeit ändert. Dies kann zweckmäßigerweise z.B. über einen Index auf dem Draht/vorschubantrieb erreicht werden, so daß ein Signal für jede Längeneinheit des Drahtvorschubes, z.B. um einen Abstand von 2/3 des Drahtdurchmessers oder einem beliebigen anderen Abstand innerhalb der vorgeschlagenen Grenzen erzeugt wird, damit Tropfenvolumen gleich denen von Kugeln entstehen, die nicht

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viel größer und nicht viel kleiner als der Drahtdurchmesser ' sind. Da die Impulswiederholfrequenzen eng mit der Energieeinspeisung für eine Impulsstromquelle mit einfachem sinusförmigem Halbwellenstrom verkettet sind, kann das Indexsignal nicht direkt den Stromimpuls einleiten. Das Indexsignal wird jedoch vorzugsweise zum Öffnen eines Gatters in einem entsprechenden System verwendet, das ermöglicht, daß der nächste zur Verfügung stehende sinusförmige Stromimpuls dem Schweißlichtbogen aufgegeben wird, wobei Impulse, die ΰοη der Impulsquelle erzeugt werden, nur dann wirksam werden, wenn das Gatter durch das Indexsignal geöffnet ist. Ein Beispiel einer entsprechenden Gatteranordnung ist in Pig. 3 gezeigt. Eine dreiphasige Halbwellen-Transformatoreinspeisung weist silicium-gesteuerte Gleichrichter in Reihe mit jeder Transformatorwicklung anstelle der einfachen Dioden auf, so daß jede Phase so geschaltet werden kann, daß sie den Schweißlichtbogen, wie gewünscht, durch Triggern des entsprechenden gesteuerten Gleichrichters speisen kann. Jeder gesteuerte Gleichrichter wird über einen Gitterimpuls eingeschaltet (vorzugsweise gegen den Beginn der Halbperiode, die in der s.eriengeschal teten Wicklung erzeugt wird), welcher s/ichron zu der betreffenden Phase abgenommen wird, der Zündimpuls jedoch wird verzögert, bis ein Gatter geöffnet wird, das von dem Indexmechanismus betätigt wird, welcher von dem Drahtvorschub gesteuert wird, Die Beschreibung eines dreiphasigen Halbwellensystems ist in der deutschen Patentanmeldung E 25 257 VIIId/21h enthalten. Diese Anordnung ermöglicht es, daß mittlere Frequenzen mit Ausnahme der einfachen Vielfachen und Teiler der Haupt einspeisung dem Schweißlichtbogen aufgegeben werden, da das Triggern des sinusförmigen Stromimpulses nicht notwendigerweise in regulären Intervallen auftritt, sondern von Zeit zu Zeit einzelne Impulse einen kleineren oder größeren Abstand voneinander um Intervalle versetzt sind, die

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von dem Mittelwert um eine oder mehrere Impulsdauern differieren. Beispielsweise kann in einem dreiphasigen Halbweilensystem, das aus einer 50 Hz-Speisequelle versorgt wird, bei der die Impulswiederholfrequenz 150 Hz beträgt, wenn jeder dritte mögliche Impuls eingeleitet wird, eine mittlere Impulswiederhol frequenz von annähernd 43/sek. dadurch erhalten werden, daß Vorkehrungen getroffen werden, um dritte und vierte Impulse, die von der Speisequelle erzeugt werden, abwechselnd in den Lichtbogen einzugattern*

Der dem Drahtvorschubantrieb zugeordnete Index kann einen einfachen EIH- AU3-Kontakt oder Eontaktreihen aufweisen oder kann zweckmäßigerweise, wie in Füg. J> dargestellt, mit Hilfe einer Abdeckblende 15 abgeleitet werden, die zwischen eine Lichtquelle 16 und ein fotoempfindliches/Element 17 gesetzt ist. Die Abfeekblende 15 kann nach Wunsch für verschiedene Drahtdurchmesser und unterschiedliche Drahtlänge/Übergang geändert werden. Bei einer Drehung bewirkt die Abdeckblende, daß eine Reihe von Impulsen durch das fotoempfindliche Element 17 erzeugt werden, die nach der Verstärkung und nach der Impulsformung durch an sich bekannte Verfahren in den Schaltungen 18 und 19 ein entsprechendes Gatter 20 in dem Hauptstromimpulssteuerkreis betätigen. Wenn die Drahtvorschubgeschwindigkeit über einen Bereich geändert worden ist, ändert sich die Frequenz der Stromimpulse nicht allmählich, sondern in Stufen entsprechend den Kombinationen der zur Verfügung stehenden Wiederholfrequenzen und der Impulse, die von dem Indexsystem abgeleitet werden, so daß die Tropfengröße innerhalb der gewünschten Grenzen weitgehend auftechterhalten wird. Wie bereits oben erwähnt, beträgt die Impulswie-

, , _n„ w , wobei w die Elektrodenvorschubgo_Sph.windi£ derholfrequenz -r- ■— ' gesoriWiiiui^

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keit in cm/min, und ρ die mittlere Länge des Drahtes pro Tröpfchen

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relativ zum Elektrodendurchmesser d ist. Wenn es somitbei einem bestimmten Beispiel erwünscht ist, das" Tropfenvolumen in Form einer Kugel mit einem Durchmesser gleich dem Drahtdurchmesser . mit ρ = 2/3 zu machen, beträgt für einen Draht mit einem Durchmesser von 0,12 cm, der mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/min. vorgeschoben wird, die berechnete Frequenz 32 Übergänge pro Sekunden. Obgleich eine Frequenz von 33 1/2 Impulsen pro Sekunde aus einer 50 Hz-Speisequelle erhalten werden kann, kann es in der Praxis zweckmäßiger sein, entweder 50 Impulse pro Sekunde oder 25 Impulse pro Sekunde zu verwenden, wobei in ersterem

in
Falle etwas kleinere und/letzterem Fa]JLe etwas größere Tröpfchen als optimal, jedoch innerhalb des Bereich vom 2/3 - bis zum 1 1/2 fachen des Drahtdurchmessers erhalten werden. Die Tropfengröße oder insbesondere die Größe der äquivalenten Kugel ändert. sich nicht wesentlich mit einer geringen Änderung der Wiederholfrequenz, da der Tropfendurchmesser eine Funktion der Kubikwurzel der Frequenz für eine gegebene ElektrodenvorschubgeschwiniLgkeit ist. Frequenzen, die aus einer einfachen Halbwellenquelle ohne Schwierigkeit erhalten werden können, sind das 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 usw. -fache der Hauptspeisefrequenz. Diese Frequenzen können dadurch verdoppelt werden, daß eine Vollwellen- oder diametral entgegengesetzt arbeitende Speisequelle für die grundlegende Erzeugung des Strompulses verwendet werden, und mögliche Frequenzen für eine 50 Hz-Quelle würden dann 100, 50, 33 1/2, 251 20 usw. sein. Verwendet man eine Dreiphasenspeisequelle, können die Grundfrequenzen des einfachen Halbwellensystems verdreifacht werden, wobei Frequenzen für eine 50 Hz-Einspeisung von 150, 75, 37 1/2 usw. auftreten. Wird das Gattersystem, das in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wurde, verwendet, steht ein wesentlich größerer Bereich an Frequenzen zur Verfügung,. der eine genauere Einstellung der Tröpfchengröße ermöglicht.

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Claims

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Patentansprüche: , .

Verfahren zum Impulsstroroschweißen mit Übergangselektrode, dadurch* gekennzeichnet, daß der Schweißlichtbogen mit Stromimpulsen gespeist wird, und daß die Größe des Spitzenwertes der Stromimpulse ■ so gewählt wird, daß sie einen Wert besitzt, der zwischen einem minimalen Wert gleich der Amplitude des nichtmodulierten Stromes, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen erzeugen würde, bei welchem der Übergang von aufeinanderfolgenden Tröpfchen durch mittlere Intervalle gleich der Dauer der Stromimpulse getrennt würde, und einem maximalen Wert liegt, der gleich der Amplitude des nichtmodulierten Stromes ist, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen von durchschnittlich dem Dreifachen der Frequenz ergeben würde, die durch den nichtmodulierten Strom mit einer Amplitude gleich dem minimalen Wert erzeugt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Spitzenwertes der Stromimpulse kleiner als die Amplitude des nichtmodulierten Stromes ist, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen von durchschnittlich dem Zweifachen der Frequenz ergeben würde, die durch nichtmodulierten Strom mit einer Amplitude gleich dem minimalen Wert erzeugt wird.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schveißlichtbogen mit Stromimpulsen konstanter Polarität gespeist wird, die von einer Quelle abgenommen werden, welche einen etwa sinusförmigen Ausgang erzeugt, und daß.die Größe des Spitzenwertee der Stromimpulne so gewählt wird, daß sie zwischen einen: r.iniralen Wert gleich dem 1,1 fachen der Amplitude

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des nichtmodulierten Stromes, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen ergibt, in welchem der Übergang von aufeinanderfolgenden Tröpfchen im Mittel durch ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse getrennt ist, und einem maximalen Wert liegt, der gleich dem 1,4 fachen der Amplitude des nichtmodulierten Stromes ist, welcher einen natürlichen Übergang von Tröpfchen ergeben würde, bei dem der Übergang von aufeinanderfolgenden Tröpfchen im Mittel durch ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse getrennt würde.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des nichtmodulierten Stromes bestimmt wird, die einen natürlichen Übergang von Trö/pfchen ergeben würde, bei welchem der Übergang von aufeinanderfolgenden Tröpfchen im Mittel durch ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse, die in den Schweißlichtbogen eingespeist werden, getrennt würde.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißlichtbogen mit Stromimpulsen gespeist wird, und daß die Größe des Spitzenwertes der Stromimpulse so ausgelegt ist, daß sie einen Wert einnehmen, der zwischen einem minimalen Wert gleich der Amplitude eines Impulses etwa rechteckförmiger Wellenform ist, der einen Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick ergeben würde, v/elcher getrennt von dem Augenblick der Einleitung

■ des Rechteckwellenimpulses durch ein Intervall gleich der Dauer des Stromimpulses ist, der an den Schweißlichtbogen gelegt werden soll, und einem maximalen Wert liegt, der gleich der Amplitude eines Impulses etwa rechteckförmiger Gestalt ist, der einen Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick ergeben würde, wel-.

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eher getrennt von dem Augenblick de3 Beginnes des Rechteckwellenimpulses durch ein Intervall gleich 1/3 der Dauer des Strominipulses ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißlichtbogen mit Stromimpulsen gespeist wird, und daß die Größe des SpLtzenwertes des Stromimpulses so ausgelegt ist, daß er einen Betrag annimmt, der zwischen einem minimalen Wert gLeich dem 1,1 fachen der Amplitude eines Impulses von Rechteckwellenform ist, welcher einen Übergang eines Tröpfchens in einem AugenbLick getrennt von dem Augenblick der Einleitung des Rechteckwellenimpulses durch ein Intervall gleich der Dauer des Stromimpulses, der an den Schweißlichtbogen gelegt werden soll, bewirkt, und einem maximalen Wert liegt, der gleich dem 1,4 fachen der Amplitude eines Impulses von rechteckförmiger Gestalt ist, welcher einen Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick ergeben würde, eier getrennt von dem Augenblick der Einleitung des Rechteckwellenimpulses durch ein Intervall gleich der Dauer des Stromimpulses, der an den Lichtbogen gelegt werden soll, ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die AmpLitude des etwa rechteckförmigen Wellenimpulses bestimmt wird, damit ein Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick bewirkt wird, der von dem Augenblick der Einleitung des Rechteckwellenimpulses durch ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse, die in den Lichtbogerveingespeist werden, getrennt ist.

8. Verfahren nach' Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißlichtbogen mit Stromimpulsen gespeist wird, und daß die Größe des Spitzenwertes der Stromimpulse so äus-

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gelegt iat, daß sie einen solchen Wert annimmt, daß Augenblicke der Übergänge von Tröpfchen des Elektrodenmateriales auftreten.

wenn der an den Schweißlichfbogen angelegte Strom rasch am Ende der Impulse, die diesen Übergang bewirken, abnimmt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeicl· net, daß der Schweißlichtbogen mit Stromimpulsen gespeist wird. und daß die Größe des Spitzenwertes der Stromimpulse so ausgelegt wird, daß sie einen solchen Wert annehmen, daß Augenblicke der Übergänge von Tröpfchen des Elektrodenmateriales nach Beendigung der aufeinanderfolgenden Impulse des Stromes auftreten, die dem Lichtbogen aufgegeben werden, welche diese ■ Übergänge verursachen.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung der Impulswiederholfrequenz zur Elektrodenvorschubgeschwindigkeit so gewählt wird," daß das Verhältnis des Biirchmessers eines kugelförmigen Mass ent rcjfchens etwa gleich dem einzelnen übertragenen Tröpfchen zu« Durchmesse der Elektrode zwischen 1/2 und 2 liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung der Impulswiederholfrequenz zur Elektrodenvorschubgeschwindigkeit so gewählt-ist, daß das Verhältnis zwischen 2/3 und "1 1/2 liegt.

12. Impulsstromschweißsystem mit sich verbrauchender Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die in den Schweißlichtbogen einen Grundstrom einspeist, dem Impuls

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höherer Amplitude überlagert sind, daß der Wert des Grundstromee' so klein gewählt wird, daß kein natürlicher tibergang des Elektro- ' denmaterials während der Perioden, für die er selbst wirksam ist, · erhalten wird, daß die Spitzenwerte der Impulse zwischen einem minimalen Wert gleich der Amplitude eines Impulses von Rechteckwellenform, der einen Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick erzeugen würde, der getrennt von dem Augenblick des Beginnes des Rechteckwellenimpulses um ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse ist, die dem Schweißlichtbogen aufgegeben werden, und einem maximalen Wert liegt, der gleich der Amplitude eines Impulses von Recheckwellenf'orm ist, welcher einen Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick getrennt von den Augenblicken der Einleitung des Rechteckwellenimpulses um ein Intevall gleich 1/3 der Dauer der Impulse, die dem Schweißlichtbogen aufgegeben werden, erzeugt, und daß das System eine Vorrichtung zur Anzeige der Spitzenamplitude der Stromimpulse sowie/4ine Vorrichtung zur effektiven Einstellung dieser Amplitude aufweist.

13. Impulsstromschweißsystem mit sich verbrauchender Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die in den Schweißlichtbogen einen Grundstrom einspeist, dem Impulse höherer Amplitude tiberlagert sind, daß der Wert des Grundstromes so klein ist, damit ein Übergang von Elektrodenmaterial während der Perioden, in denen er wirksam ist, von^elbst bewirkt wird, daß, die Spitzenwerte der Impulse zwischen einem minimalen Wert gleich der Amplitude des nichtmodulierten Stromes, der einen · natürlichen Übergang von Tröpfchen erzeugen würde, in welchem der Übergang von aufeinanderfolgenden Tröpfchen im Mittel um ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse getrennt wäre,

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und einem maximalen Wert liegt, der gleich der Amplitude des ■ >". niehtmodulierten Stromes ist, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen im Mittel vom Dreifachen der Frequenz bewirkt, die durch einen niehtmodulierten Strom mit einer Amplitude gleich dem minimalen Wert erzeugt· wird, und daß das System eine Einrichtung zur Anzeige der Spitzenamplitude der Stromimpulse und eine Einrichtung zur wirksamen Einstellung dieser Amplitude aufweist.

14. System nach Anspruch 12 oder 131 gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einführen einer vorbestimmten Korrektur in Abhängigkeit von der Zeitkonsta.nte der Vorrichtung zur Anzeige der Spitzenstromamplitude und der charakteristischen Eigenschaften der pulsierenden Wellenform, die dem Schweißlichtbogen zur Kompensation der Differenz zwischen dem Spitzenwert, wie er durch die Vorrichtung bestimmt wird, und dem echten augenblicklichen Spitzenwert der Stromimpulse zugeführt wird,

15. Impulsstromschweißsystem mit sich verbrauchender Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung in den Schweißlichtbogen einen Grundstrom einspeist, dem Impulse höherer Amplitude überlagert sind, daß der Wert des Grundstromes so klein gewählt ist, daß kein natürlicher Übergang des Elektrodenmaterials der Perioden, für die er wirksam ist, von selbst auftritt, daß die Spitzenwerte der Impulse zwischen einem minimalen Wert gleich der Amplitude eines Impulses rechteckiger Wellenform, der einen Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick ergeben würde, welcher von dem Augenblick der Einleitung des Rechteckwellen- , Impulses um ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse

• versetzt ist, die dem Schweißlichtbogen zugeführt werden sollen»:

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und einem maximalen Wert liegt, der gleich der Amplitude eines Impulses etwa rechteckföraiger Wellenform ist, welcher einen Übergang eines Tröpfchens in einem Augenblick ergeben würde, der von den Augenblicken der Einleitung des Rechteckwelleniepulses ua ein Intervall gleich 1/3 der Dauer der Impulse, die des Schweißlichtbogen aufgegeben werden sollen, entfernt ist, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf die Idchtbogenspannung zur Anzeige der Augenblicke des Überganges von Tröpfchen auß Elektrodenmaterial anspricht, und daß eine Vorrichtung den wirksamen Stromwert des Impulses in Abhängigkeit von einer Anzeige der Augenblicke des Überganges, die von der Anzeigevorrichtung hervorgerufen wird , einstellt.

.6. Impulsstromschweißsystem mit sich verbrauchender Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die in den Schweißlichtbogen einen Crundstrom einspeist, dem Impulse höherer Amplitude überlagert sind, daß der Wert des Grundstromes so klein gewählt wird, daß ein Übergang des Elektrodenmaterials während der Perioden, für die er wirksam ist, von selbst nicht auftritt, daß die Spitzenwerte der Impulse zwischen einem minimalen Wert gleich der Amplitude des nichtmodulierten Stromes, der einen natürlichen Übergang von Tröpfchen erzeugen würde_t in welchem der Übergang von aufeinanderfolgenden Tröpfchen im Mittel durch ein Intervall gleich der Dauer der Stromimpulse getrennt würde, und einem maximalen Wert liegt, der gleich der Amplitude des niehtmodulierten Stromes ist, welcher einen natürlichen Übergang von Tröpfchen im Mittel beim Dreifachen der Frequenz ergeben würde, die durch einen niehtmodulierten Strom mit einer Amplitude gleich dem minimalen Wert .

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erzeugt wird, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf die Lichtbogenspannung anspricht und die Augenblicke des Überganges von Tröpfchen aus Elektrodenmaterial anzeigt, und daß eine Vorrichtung den wirksamen Stromwert der Impulse in Abhängigkeit von einer Anzeige der Augenblicke des Überganges, die von der Anzeig( vorrichtung erhalten wird, einstellt.

17· System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Anzeige der Augenblicke des Überganges eine Eigenvorspannvorrichtung, welche auf die mittlere Lichtbogenspannung anspricht sowie eine Vorrichtung aufweist, die auf die Eigenvorspannvorrichtung und die Lichtbogenspannung anspricht, um anzuzeigen, wann die Lichtbogenspannung die mittlere Lichtbogenspannung um mehr als einen vorbestimmten Betrag übersteigt.

18. System nach Anspriah 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein· Vorrichtung auf die Augenblicke der Einleitung der Impulse «j&epricht, die dem Schweißlichtbogen aufgegeben werden, sowie auf das Ausgangssignal der Anzeigevorrichtung, um eine Anzeige der Augenblicke des Auftretens von Übergängen relativ * zu den diese Übergänge verursachenden Impulsen zu erzielen.

19« System nach Ansprüchen 15-18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kathodenstrahlröhre sowohl auf die pulsierende Wellenform, die in den Schweißlichtbogen eingespeist wird, als auch auf das Ausgangssignal der Anzeigevorrichtung anspricht, damit eine sichtbare Aneeige der Augenblicke des Auftretens von Übergängen relativ zu den diese Übergänge bewirkenden Impulsen erhalten wird.

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20. System nach Ansprüchen 15 - 191 dadurch gekennzeichnet, daß die· wirksame Stromamplitude nur eingestellt wird, wenn der Übergang ' außerhalb eines gegebenen Intervalles relativ zu den dem Schweiß-· lichtbogen zugeführten Impulsen auftritt.

21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gattervorrichtung auf die Augenblicke der Einleitung des Impulses der Eingangswe11enform in Sen Schweißlichtbogen und auf die Augenblicke des Überganges von Tröpfchen anspricht und eine Anzeige ergibt, wenn das Intervall zwischen diesen Augenblicken nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.

22. System nach Ansprüchen 12-21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung des wirksamen Stromwertes der Impulse von Hand einstellbar ist.·

23. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine lichtempfindliche Vorrichtung auf die sichtbare Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre anspricht, um die Augenblicke des Auftretens des Überganges relativ zur Iropulswellenform anzuzeigen und ein Signal zur Steuerung der Vorrichtung für die Einstellung des wirksamen StromwerteE der Impulse zu erzeugen.

24. System nach Ansprüchen 12-23, dadurch gekenneeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung des wirksamen Stromwertes der Impulse zur Änderung der Amplitude der Impulse dient, die dem Schweißlichtbogen zugeführt und dem Grundstrom überlagert werden.

25. System nach Ansprüchen 12-231 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung des wirksamen Stromwertes der Impulse

j zur Anhebung des Pegels des Grundstrorres dient, der dem Schweißlich t^vo gen zügeführ-t wird. - - V

BAD ORIGINAL 009812/0856

23. Mai 1966 W/He B/p 4702

26". Sys-tem nach Ansprüchen 12-23, dadurch gekennzeichnet, daß die - " Vorrichtung zur Einstellung dea wirksamen Stromwertes der Impulse zur Verzögerung des Augenblickes des Anisgens der Stromimpulse an den Schweißlichtbogen dient, wobei nur T_eile des Impulses nach diesem Augenblick dem IiiG.htbo.gen aufgegeben werden.

27. System nach Ansprüchen 12-26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung auf die Vorschubgeschwindigkeit der sich verbrauchenden Elektrode zur Einstellung der Impulswiederholfrequenz anspricht, so daß die Masse der übertragenen Tröpfchen der Masse einer Kugel aus Elektrodenmaterial mit einem Durchmesser zwischen der Hälfte und dem Zweifachen des Durchmessers der Elektrode entspricht.

28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die auf die Geschwindigkeit des Elektrodenvorschubes anspricht, eine öattervorrichtung steuert» um eine Auswahl von Impulsen konstanter Polarität dem Schweißlichtbogen aufzugehen und dem den !lichtbogen zugeführten Grunästrom zu überlagern.

BAD ORiGiNAL &Q9812/08|§

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