DE1690573C3

DE1690573C3 - Circuit arrangement for alternating current arc welding

Info

Publication number: DE1690573C3
Application number: DE19681690573
Authority: DE
Inventors: James B. Elm Grove Wis. Stearns (V.StA.)
Original assignee: Chemetron Corp., Chicago, 111. (V.StA.)
Priority date: 1967-05-09
Filing date: 1968-03-13
Publication date: 1976-12-23

Description

gesättigt wird und sich ein übermäßig hoher momentaner Schweißstrom ergibt Diese kurzen Strominstabilitäten können oftmals Anlaß für eine längere Instabilität sein, die ein Heißlaufen der Maschine und damit Spannungsschwankungen zur Folge hat Sie geben auch Veranlassung zum sogenannten »Wolframspritzen«, indem kleine Teile der Elektrode abbrechen und in die Schweißschmelze eingespritzt werden. Dadurch wird nicht nur die Elektrode verschlissen, sondern auch die Schmelze verseuchtbecomes saturated and an excessively high instantaneous welding current results. These brief current instabilities can often be the reason for prolonged instability, the machine overheating and thus voltage fluctuations As a result, you also give rise to what is known as "tungsten spraying" by Small parts of the electrode break off and are injected into the weld puddle. This will Not only does the electrode wear out, it also contaminates the melt

Der Ej findung liegt die Aufgabe zugrunde, der Gleichrichtung des Wechselstromes durch den Lichtbogen unter Verwendung von Schaltungen entgegenzuwirken, welche die Stärke des Schweißstromes in Abhängigkeit von der Größe des Werkstückes einzustel-Jen erlauben, ohne daß das sogenannte »Wolframspritzen« zu befürchten ist Es soll weiterhin dafür gesorgt «erden, daß beispielsweise durch Aufheizen des Apparates oder durch Spannungsändeni'-gen bedingte Langzeit-Instabilitäten vermieden werden.The purpose of the invention is to rectify the alternating current through the arc to counteract using circuits which depend on the strength of the welding current allow the size of the workpiece to be adjusted without the need for the so-called "tungsten spraying" It is to be feared that it should continue to be ensured that, for example, by heating up the apparatus or caused by changes in tension Long-term instabilities are avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Impedanz der in zwei stabile Magnetisiemngszustände sättigungsbaren Drosselspule durch einen elektrischen Kreis derart steuerbar ist, daß die Drosselplatte in den gesättigten Magnetisierungszustand umgeschaltet wird, wenn der Stromfluß vom Werkstück zur Elektrode unterdrückt wird, und daß zur Aufrechterhaltung eines Stromflusses durch die Lastwicklungen in gleicher Richtung während der unterdrückten Stromphase elektrische Schaltelemer.ie als Nebenschluß parallel zur Elektrode und zum Werkstück und mit den Lastwicklungen in Serie geschaltet sind.This object is achieved according to the invention in that the impedance of the two stable magnetization states saturable inductor is controllable by an electrical circuit such that the Throttle plate is switched to the saturated magnetization state when the current flow from the Workpiece to the electrode is suppressed, and that to maintain a current flow through the load windings in the same direction during the suppressed current phase electrical Schaltelemer.ie as Shunt connected in parallel to the electrode and the workpiece and in series with the load windings are.

Durch die im Nebenschluß zur Elektrode und zum Werkstück und damit zum Lichtbogen liegenden elekirischen Schaltelemente wird ein Zusatz- bzw. Mindeststrom für die rtalbwellen gewährleistet, in denen das Werkstück negativ ist Es ergibt sich hierdurch die besondere Wirkung, daß neben einem Ausgleich einer Gleichstrom-Komponente auch Stromspitzen nach Lichtbogen-Aussetzern vermieden werden.Because of the electrical connections that are shunted to the electrode and to the workpiece and thus to the arc Switching elements, an additional or minimum current is guaranteed for the half-waves in which the Workpiece is negative This results in the special effect that in addition to a compensation of a Direct current component and current peaks after arcing failures can be avoided.

Mit dieser Schaltungsanordnung ist es möglich, mit einer 3 mm dicken Elektrode aus Wolfram mit 2% Thorium-Gehalt Ströme bis zu 450 A, bei entsprechend größerer Elektrodenausgestaltung Ströme oberhalb 600 A zuzulassen.With this circuit arrangement it is possible to use a 3 mm thick electrode made of tungsten with 2% Thorium content currents up to 450 A, with a correspondingly larger electrode design, currents above 600 A.

Die Stabilisierung der Wellenform vermeidet ein Austreiben des Zusatzmetalls aus der Schweißzone, wodurch insgesamt der Schweißvorgang erleichtert wird.The stabilization of the wave shape prevents the filler metal from being driven out of the welding zone, whereby the welding process is facilitated overall.

Weitere Einzelheiten sind an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden erläutert. In der Zeichnung zeigtFurther details are shown on the basis of exemplary embodiments in the drawing and in the following explained. In the drawing shows

Fig. 1 die bekannte Schaltungsanordnung, von der die Erfindung ausgeht,Fig. 1 shows the known circuit arrangement from which the invention is based,

Fig.2 eine Darstellung des Schwingungsvorlaufes mit den beim Schweißprozeß auftretenden Instabilitäten. 2 shows a representation of the oscillation advance with the instabilities occurring during the welding process.

Fig.3 eine Daistellung der Hysteresisschleife einer sättigungsbaren Drosselspule, wie sie mit den bekannten Schweißstromkreisen erzeugt wird,3 shows the hysteresis loop of a saturable choke coil, as it is generated with the known welding circuits,

Fig.4 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit gegenüber der Schaltungsanordnung von F i g. 1 weiteren Einzelheiten,4 shows the circuit arrangement according to the invention with compared to the circuit arrangement of FIG. 1 more details,

Fig.5 die Darstellung der Hysteresisschleife einer sättigungsbaren Doppelspule, die mit den Mitteln der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzeugt wird,Fig. 5 shows the hysteresis loop of a saturable double coil, which is generated with the means of the circuit arrangement according to the invention will,

F i g. 6 eine Schahungsanordnung einer anderen Ausbildung eines Speisestromkreises mit Mitteln zum Regeln des Schweißstromes undF i g. 6 a shah arrangement of another training a feed circuit with means for regulating the welding current and

Fig.7 eine ergänzende Schaltungsanordnung zu F i g. 6.7 shows an additional circuit arrangement for FIG. 6th

Die in F i g. 1 wiedergegebene Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Wechselstromschweißapparates umfaßt eine nicht-abschmelzbare Wolfram-Elektrode 12, mit der ein Lichtbogen zum Werkstück 14 erzeugt wird Der hierbei gebildeten SchweiBschmelze wird Zusatzmetall 16 zugeführt Gegen die äußere Atmosphäre wird die Schmelze durch ein inertes Schutzgas abgeschirmt, das von einem Behälter 20 über eine Leitung 22 einer an der Elektrode 12 angeordneten Kammer 18 zugeführt wird.The in F i g. 1 reproduced circuit arrangement for the operation of an alternating current welding apparatus comprises a non-consumable tungsten electrode 12, with which an arc to the workpiece 14 is generated The weld pool formed in this way becomes additional metal 16 supplied The melt is shielded from the external atmosphere by an inert protective gas, from a container 20 via a line 22 to a chamber 18 arranged on the electrode 12 is fed.

Der für den Betrieb notwendige Wechselstrom wird in einem Einphasen-Wechselstrom-Generator 24 erzeugt an dessen Anschlußklemmen 26 ein Transformator 28 mit einer Primär-Wicklung 30 und einer mit Anzapfungen 42 versehenen Sekundär-Wicklung 32 angeschlossen ist. In Reihe mit der Sekundär-Wicklung 32 liegt im Speisestromkreis 23 des Stromversorgungsteiles ein Hochfrequenz-Generator 34, beispielsweise ein Funkenstreckengenerator, der die periodische Zündung des Lichtbogens durch Überlagerung einer Hochfrequenz-Schwingung auf die Wechselstromschwingung des Sekundärkreises unterstützt. Der Elektrode 12 und dem Werkstück 14 ist ein Stabilisierungskondensator 36 parallelgeschaltet.The alternating current required for operation is generated in a single-phase alternating current generator 24 at its terminals 26 a transformer 28 with a primary winding 30 and one with taps 42 provided secondary winding 32 is connected. In series with secondary winding 32 is a high-frequency generator 34, for example, in the feed circuit 23 of the power supply part Spark gap generator that periodically ignites the arc by superimposing a high-frequency oscillation supported on the alternating current oscillation of the secondary circuit. The electrode 12 and a stabilizing capacitor 36 is connected in parallel to the workpiece 14.

Sowohl zur Einstellung des Schweißstromes als auch zur Kompensierung des Amplitudenabfalles infolge Gleichrichterwirkung des Lichtbogens ist im Speisestromkreis 23 eine sättigungsbare Drosselspule 70 vorgesehen, die in ihrer Impedanz von einer magnetisch gekoppelten Erregerspule 72 und einem Kreis 80 derart gesteuert wird, daß die Drosselspule 70 in den gesättigten Magnetisierungszustand umgeschaltet wird, wenn der Stromfluß in der Richtung vom Werkstück 14 zur Elektrode 12 unterdrückt wird.Both to set the welding current and to compensate for the amplitude drop as a result To rectify the arc, a saturable choke coil 70 is provided in the supply circuit 23, the impedance of a magnetically coupled excitation coil 72 and a circuit 80 such it is controlled that the choke coil 70 is switched to the saturated magnetization state, when the current flow in the direction from the workpiece 14 to the electrode 12 is suppressed.

Die Drosselspule 70 weist hohle Eisenkerne 73 und 75 von rechteckiger Gestalt auf. Durch die Verwendung eines Kerns ohne Luftspalt wächst der Bereich der Ströme, in welchem die sättigungsbare Drosselspule 70 arbeiten kann.The reactor 70 has hollow iron cores 73 and 75 of rectangular shape. By using a core without an air gap increases the area of the currents in which the saturable choke coil 70 can work.

Die in Serie zum Werkstück 14 und zur Elektrode 12 liegenden Lastwicklungen 76 sind auf den Schenkeln 77 und 79 der Kerne 73 und 75 aufgewickelt, so daß der eine Kern eine Strombegrenzungsimpedanz bewirkt bzw. einen Strombegrenzer für jede Halbwelle der Wechselstromschwingung bildet. Eine mit dem Steuerstromkreis 80 verbundene Steuerwicklung 74 ist so angeordnet, daß sie die benachbarten Schenkel der Kerne 73 und 75 umschließtThe load windings 76 in series with the workpiece 14 and with the electrode 12 are on the legs 77 and 79 of the cores 73 and 75 are wound so that the one core causes a current limiting impedance or a current limiter for each half-wave of the alternating current oscillation. One with the control circuit 80 connected control winding 74 is arranged so that it the adjacent legs of the cores 73 and 75 encloses

Die Impedanz der Drosselspule 70 läßt sich durch Einstellen des Stromes in der Steuerwicklung 74 regeln, wodurch der magnetische Fluß in den Kernen 73 und 75 variiert wird.The impedance of the choke coil 70 can be regulated by adjusting the current in the control winding 74, whereby the magnetic flux in the cores 73 and 75 is varied.

Bei großer Stromstärke in der Steuerwicklung 74 ist der magnetische Fluß durch den Kern groß und die impedanz in der Lastwicklung 76 niedrig, so daß über die Elektrode 12 dem Werkstück 14 ein starker Schweißstrom zugeführt wird. Umgekehrt nimmt bei niedrigem Strom durch die Steuerwicklung 74 der magnetische Fluß ab, wodurch die Impedanz der Lastwicklung 76 ansteigt und der Strom zum Werkstück herabgesetzt wird.When the current in the control winding 74 is large, the magnetic flux through the core is large and the impedance in the load winding 76 low, so that about the electrode 12 is supplied with a strong welding current to the workpiece 14. Conversely, increases low current through control winding 74 decreases the magnetic flux, reducing the impedance of the load winding 76 increases and the current to the workpiece is decreased.

Der Steuerstromkreis 80 enthält eine Drosselspule 72 zur Kondensation der Stromschwineuneen desThe control circuit 80 contains a choke coil 72 for condensing the Stromschwineuneen of the

Speisestromkreises 23. Der Regelkreis 80 enthält weiterhin eine Gleichstromquelle, die aus einem an den Wechselstrom-Generator 24 angeschlossenen, mittig angezapften Transformator 82 und zwei gesteuerten Gleichrichtern 84 besteht. Ein Zündkreis 86 stellt die Leitfähigkeitsintervalle dieser Gleichrichter 84 ein, wodurch diese die Stärke des Gleichstroms steuern.Feed circuit 23. The control circuit 80 also contains a direct current source, which is from a to the AC generator 24 connected, centrally tapped transformer 82 and two controlled Rectifiers 84 is made. An ignition circuit 86 sets the conductivity intervals of these rectifiers 84, whereby these control the strength of the direct current.

Die Drosselspule 72 besteht aus zwei L-förmigen Teilen 88, die nebeneinander derart angeordnet sind, daß sie die aus F i g. 1 ersichtliche Form eines Rechtecks bilden. Der zwischen den Teilen 88 verbleibende kleine Luftspalt läßt sich in seiner Größe verstellen. Jedes Teil 88 ist mit einer Wicklung 90 versehen, die in Serie miteinander und auf der einen Seite mit der Steuerwicklung 74 und auf der anderen Seite mit dem Steuerkreis 80 verbunden sind.The choke coil 72 consists of two L-shaped parts 88 which are arranged next to one another in such a way that that they from F i g. 1 form a visible shape of a rectangle. The one remaining between the parts 88 small air gap can be adjusted in size. Each part 88 is provided with a winding 90 which is shown in FIG Series with each other and on one side with the control winding 74 and on the other side with the Control circuit 80 are connected.

Bei einer mit Gleichstrom von 60 Ampere belastbaren Drosselspule 72 haben die Teile 88 beispielsweise eine Länge von etwa 14 cm und eine Breite von 6,5 cm. Auf jedem Teil sind 140 Drahtwindungen vorgesehen. Der Luftspalt beträgt etwa 0,25 mm.In the case of a choke coil 72 which can be loaded with a direct current of 60 amperes, the parts 88 have, for example a length of about 14 cm and a width of 6.5 cm. 140 turns of wire are provided on each part. The air gap is about 0.25 mm.

Induktivität und Sättigung der Drosselspule 72 können auch dadurch geändert werden, daß die Wicklungen 90 mit Abgriffen versehen sind, die unterschiedlich benutzt werden können.Inductance and saturation of choke coil 72 can can also be changed in that the windings 90 are provided with taps that are different can be used.

Die vom Generator 24 erzeugte Schwingung hätte einen reinen sinusförmigen Verlauf mit gleich hoher Amplitude der positiven und der negativen Halbwellen. Wie F i g. 2 zeigt, entsteht jedoch infolge der Gleichrichter-Wirkung des Lichtbogens ein Amplitudenabfall der negativen Halbwelle, die, wie in der linken Darstellung der F i g. 2 gestrichelt dargestellt, die Hälfte oder sogar ein Drittel der positiven Halbwelle betragen kann (44D bzw. 44C). Veranlaßt durch Fehler beim Schweißen kann die natürliche Gleichrichter-Wirkung des Lichtbogens gelegentlich so groß werden, daß sie den Stromfluß vom Werkstück 14 zur Elektrode 12 völlig blockiert und den Strom unterbricht. Die zwei Halbschwingungen 44/4 sind dann durch den Nullstrom 44E unterbrochen. Eine derartige Unterbrechung hat zur Folge, daß die nächste Halbwelle 44Λ eine übermäßige Stromstärke erreicht, wie dies in F i g. 2 mit 44Fgestrichelt angedeutet ist. Diese übermäßige Halbwelle verursacht während des Schweißens das befürchtete Wolfram-Spritzen. The oscillation generated by the generator 24 would have a purely sinusoidal curve with the same high amplitude of the positive and negative half-waves. Like F i g. 2 shows, however, as a result of the rectifying effect of the arc, there is a drop in amplitude of the negative half-wave, which, as in the illustration on the left in FIG. 2, shown in dashed lines, can be half or even a third of the positive half-wave (44D or 44C). Caused by welding errors, the natural rectifying effect of the arc can occasionally become so great that it completely blocks the flow of current from the workpiece 14 to the electrode 12 and interrupts the current. The two half oscillations 44/4 are then interrupted by the zero current 44E. Such an interruption has the consequence that the next half-wave 44Λ reaches an excessive current strength, as shown in FIG. 2 is indicated by dashed lines 44F. This excessive half-wave causes the feared tungsten spattering during welding.

Unter der Voraussetzung einer normalen Arbeitsweise der Drosselspule 70, d. h. unter der Voraussetzung einer positiven Halbwelle 44/t und einer geschwächten Halbwelle 44C oder 44D, ergibt sich für den Kern 73 der Drosselspule 70 während der Zeit, in welcher in dem Kern kein Strom fließt, ein magnetischer Zustand, wonach die in F i g. 3 wiedergegebene Hysteresisschleife, beginnend im Punkt 100, über die Punkte 102, 104 und 106 zum Punkt 108 durchlaufen wird. Dieser Zustand stellt sich beispielsweise dann ein, wenn die positive Halbwelle 44/4 in den Lastwicklungen 76 wirksam wird. Der im Punkt 108 herrschende magnetische Zustand ist wiederum abhängig von dem Strom in der Steuerwicklung 74. Wenn während des Durchlaufs der HalbweHe der Kern 75 den Stromfluß hemmt, wird die Hysteresisschleife im Kern 73 vom Punkt 108 über die Punkte 110 und 112 zurück zum Punkt 100 durchlaufen. Der Kern 73 wird den Strom dieser Halbwelle wenig dämpfen, begrenzt ihn aber auf den gewünschten Wert, so daß die Höhe der Stromschwingung und des Schweißstromes bei dem gewünschten Wert bleibt.Assuming normal operation of the choke coil 70, ie assuming a positive half-wave 44 / t and a weakened half-wave 44C or 44D, the result for the core 73 of the choke coil 70 during the time in which no current flows in the core is a magnetic state, according to which the in F i g. 3 reproduced hysteresis loop, starting at point 100, via points 102, 104 and 106 to point 108 is traversed. This state occurs, for example, when the positive half-wave 44/4 takes effect in the load windings 76. The magnetic state prevailing at point 108 is in turn dependent on the current in control winding 74. If core 75 inhibits the flow of current during the passage through the half-wave, the hysteresis loop in core 73 becomes from point 108 via points 110 and 112 back to point 100 run through. The core 73 will dampen the current of this half-wave little, but limits it to the desired value, so that the level of the current oscillation and the welding current remains at the desired value.

Erfolgt infolge des Nullstromes 44/f eine Unterbrechung der Halbwelle, bleibt der magnetische Zustam des Kerns 73 beim Punkt 108 erhalten. Während de dieser Unterbrechung 44f folgenden Halbwelle 44/ verläuft der magnetische Zustand des Kerns 73 von Punkt 108 über die Punkte 114, 104, 116, 106 zurüd zum Punkt 108. Da der Teil der Hysteresisschleife von Punkt 104 über den Punkt 116 zum Punkt 106 wcgcr der Sättigung des Kerns 73 eine sehr geringe Dämp fung aufweist, tritt das mit 44F bezeichnete Ansteiget in der nächsten positiven Halbwelle ein. Der Fehler dei Stromunterbrechung, durch die der Kern 73 in den den Punkt 100 zugeordneten magnetischen Zustand ver setzt wird, wird häufig als »Kernlöschung« bezeichnet.If the half-wave is interrupted as a result of the zero current 44 / f, the magnetic state of the core 73 at point 108 is retained. During the half-wave 44 / following this interruption 44f , the magnetic state of the core 73 runs from point 108 via points 114, 104, 116, 106 back to point 108. Since the part of the hysteresis loop from point 104 via point 116 to point 106 wcgcr the saturation of the core 73 has a very low attenuation, the rise indicated by 44F occurs in the next positive half-cycle. The fault of the current interruption by which the core 73 is put into the magnetic state associated with the point 100 is often referred to as "core erasure".

Um eine vorübergehende übermäßige Halbwelle 44/ zu verhindern, ist es notwendig, die sättigungsbare Drosselspule derart zu betätigen, daß sie unter allen Bedingungen, also auch bei Stromunterbrechung 44£ im gesättigten Zustand verbleibt.In order to prevent a temporary excessive half-wave 44 /, it is necessary to set the saturable Actuate the choke coil in such a way that it remains at £ 44 under all conditions, including in the event of a power failure remains in the saturated state.

Um dies zu erreichen, ist in der Schaltungsanordnung der F i g. 4 im Speisestromkreis 23 ein gesteuerter Gleichrichter 120 vorgesehen, der mit der Elektrode 12 und dem Werkstück 14 so parallel zur Lichtbogenstrekke verbunden ist, daß er den Strom in derselben Richtung weiterleitet, in der er vom Werkstück 14 zur Elektrode 12 fließen würde. Dies ist die Richtung der Gleichrichtung des Lichtbogens zwischen dem Werkstück und der Elektrode. Mit dem gesteuerten Gleichrichter 120 ist ein Strombegrenzungswiderstand 122 in Serie geschaltet. Bei vollständiger Stromunterbrechung durch den Lichtbogen wird der gesteuerte Gleichrichter 120 leitend gemacht, so daß im Nebenschluß zum Lichtbogen eine negative Halbwelle von gleicher Amplitude wie die der positiven Halbwelle durch die Lastwicklungen 76 der sättigungsbaren Drosselspule 70 fließen kann, selbst dann, wenn der Lichtbogen nicht entzündet ist. Dadurch wird die Drosselspule 70 wieder wirksam, so daß eine übermäßige Halbwelle 44F im Anschluß an eine Stromunterbrechung 44£ verhindert wird. Der durch den gesteuerten Gleichrichter 120 geleitete Strom braucht nur stark genug zu sein, die sättigungsbare Drosselspule 70 wieder einzuschalten. Er benötigt nicht die volle Größe einer Halbwelle 44Coder 44D. Ein Strom von 10 bis 15 Ampere würde hierfür genügen. Der gesteuerte Gleichrichter 120 wird durch die folgende positive Halbwelle 44/4 abgeschaltet.In order to achieve this, FIG. 4, a controlled rectifier 120 is provided in the supply circuit 23, which is connected to the electrode 12 and the workpiece 14 parallel to the arc path in such a way that it passes the current on in the same direction in which it would flow from the workpiece 14 to the electrode 12. This is the direction of rectification of the arc between the workpiece and the electrode. A current limiting resistor 122 is connected in series with the controlled rectifier 120. When the current is completely interrupted by the arc, the controlled rectifier 120 is made conductive so that in the shunted connection to the arc, a negative half-wave of the same amplitude as that of the positive half-wave can flow through the load windings 76 of the saturable choke coil 70, even if the arc does not ignite is. As a result, the choke coil 70 becomes effective again, so that an excessive half-wave 44F following a current interruption 44 £ is prevented. The current passed through the controlled rectifier 120 need only be strong enough to turn the saturable inductor 70 back on. It does not need the full size of a half-wave 44C or 44D. A current of 10 to 15 amperes would be sufficient for this. The controlled rectifier 120 is switched off by the following positive half-wave 44/4.

Die Leitfähigkeit des Gleichrichters 120 wird durch einen Zündkreis 124 gesteuert, der seinerseits durch einen logischen Stromkreis 126 gesteuert wird. Der logische Stromkreis 126 kann als Flip-Flop-Stufe geschal-The conductivity of the rectifier 120 is controlled by an ignition circuit 124 , which in turn is controlled by a logic circuit 126. The logic circuit 126 can be switched as a flip-flop stage.

tet sein, die durch einen Impuls der positiven Halbwelle 44Λ gesteuert und durch die Stromunterbrechung 44E¹ ausgelöst wird, so daß, wenn nach einer positiven Halbwelle 44/4 keine negative Halbwelle folgt, der logische Stromkreis 126 den Zündkreis 124 betätigt, um den Gleichrichter 120 zu zünden.tet, which is controlled by a pulse of the positive half-wave 44Λ and triggered by the current interruption 44E ¹ , so that if after a positive half-wave 44/4 no negative half-wave follows, the logic circuit 126 actuates the ignition circuit 124 to the rectifier 120 to ignite.

An Stelle des logischen Schaltkreises 126 kann auch eine Unterbrechungsschaltung, wie eine Shockley- oder Zener-Diode, verwendet werden. Wenn also bei Ausfall des Lichtbogens zwischen der Elektrode und dem Werkstück die Spannung zwischen dem Werkstück und der Elektrode anzuwachsen beginnt, wird die DiodeInstead of the logic circuit 126, an interrupt circuit, such as a Shockley or Zener diode, can be used. So if if the arc fails between the electrode and the Workpiece the voltage between the workpiece and the electrode begins to increase, the diode becomes

durch eine solche ansteigende Spannung unterbrocheninterrupted by such a rising voltage

und zündet den Gleichrichter 120. and fires rectifier 120.

Die unter diesen Bedindungen beschriebene Arbeits-The work described under these conditions

weise der sättigungsbaren Drosselspule 70 ist in F i g. 5 wiedergegeben. Unter normalen Bedingungen, d. h. mit der in Fig.2 dargestellten Stromwelle 44, beginnt während der positiven Halbwelle 444 der magnetischeThe manner of the saturable choke coil 70 is shown in FIG. 5 reproduced. Under normal conditions, ie with the current wave 44 shown in FIG. 2, the magnetic wave begins during the positive half wave 444

Zustand des Kerns 73 der Drosselspule 70 im Punkt 100 und bewegt sich durch den Punkt 102 längs der gestrichelten Linie 132 zum Punkt 130 und bewirkt eine Begrenzungsimpedanz des Stromes während dieses HaIbzyklus. Während des Halbzyklus 44Codcr 44 O bewegt sich der Zustand des Kerns vom Punkt 130 über die Punkte 110 und 112 zurück zum Punkt 100 und schließt so die Hysteresisschleife. Während der Siromunterbrcchung 44£f bleibt der Zustand des Kerns im Punkt 130 stehen. State of core 73 of choke coil 70 at point 100 and moves through point 102 along dashed line 132 to point 130 and causes a limiting impedance of the current during this half cycle. During half cycle 44Codcr 44 O, the state of the kernel moves from point 130 via points 110 and 112 back to point 100 , thus closing the hysteresis loop. During the Sirom interruption 44 £ f, the state of the nucleus remains at point 130 .

Während der nächsten positiven Halbwolle 444 verläuft der Zustand des Kerns 73 vom Punkt 130 über den Punkt 102 längs der gestrichelten Linie 136 und über die Punkte 104 und 106 zum Punkt 108. Eine übermäßige Halbwelle 44F tritt hierbei nicht auf. weil die Drosseispule nicht zur Sättigung gelangt, d. h. nicht der Punkt 116 erreicht wird. Der Strom der Halbwolle wird also auf der Höhe der Kurve 44Λ gehalten. Damit ist die Stromstabilität zwischen den Halbwollen des Stromes erreicht. In der nächsten Halbwellc 44Coder 44D gelangt der Zustand des Kerns 73 vom Punkt 108 zu den Punkten 130, 110 und 112 und zurück zum Punkt 100. wodurch der Kern in seinen ursprünglichen Zustand zurückgeführt worden ist.During the next positive half-wool 444 , the state of the core 73 runs from point 130 via point 102 along dashed line 136 and via points 104 and 106 to point 108. An excessive half-wave 44F does not occur here. because the inductor does not reach saturation, ie the point 116 is not reached. The flow of the half wool is therefore kept at the level of curve 44Λ . In this way, the current is stable between the half-wools of the current. In the next Halbwellc 44Coder 44D, the state enters the core 73 from the point 108 to points 130, 110 and 112 and has been returned back to point 100. whereby the core in its original state.

Um eine Stabilität gegen einen übermäßig großen Strom zu erlangen, der durch solche Faktoren verursacht ist. die langer sind, als die Spannung wechselt, oder der in der Erwärmung der Stromzufuhr seine Ursache hat. kann nach dem Ausführungsbeispiel der Fig.6 der Strom des Speisestromkreises 23 geregelt werden. In F i g. 6 sowie im einzelnen in F i g. 7 ist ein Speisestromkreis für das Schweißen dargestellt, der einen Stromregelkreis 150 aufweist, welcher den Zündkreis 86 im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ersetzt und ein Schaltschema 152 zur Stromrückkopplung, einer, Schaltkreis 154 für die Erzeugung von Strombezugssignalen sowie einen aus einem Verstärker und einem Zündkreis 156 bestehenden Ausgleichskreis aufweist.To have stability against an excessively large current caused by such factors. which are longer than the voltage changes, or which is caused by the heating of the power supply. the current of the feed circuit 23 can be regulated according to the embodiment of FIG. In Fig. 6 and in detail in FIG. 7, a power supply circuit for the welding is illustrated, which has a current control circuit 150 that the ignition circuit 86 g in the embodiment of F i. 1 is replaced and a circuit diagram 152 for current feedback, comprising a, circuit 154 for the generation of current reference signals, and a group consisting of an amplifier and a firing circuit 156 compensating circuit.

Der Schaltkreis 152 zur Stromrückkopplung enthält einen Ringtransformator 158 mit Luftspalt 160 von einer solchen Spaltbreite, daß der vom Ringtransformator bewirkten Rückkopplung eine Geradlinigkeit über den Bereich der Schweißströme verliehen wird. Bei einer praktischen Ausführung hat sich ein Spalt von 1,6 mm als ausreichend erwiesen. The current feedback circuit 152 includes a toroidal transformer 158 with an air gap 160 of a gap width to give the feedback provided by the toroidal transformer a straightness over the range of welding currents . In a practical implementation, a gap of 1.6 mm has proven to be sufficient.

Der Schaltkreis 154 für die Erzeugung von Strombezugssignalen enthält eine einstellbare Gleichstromquelle, im Ausführungsbeispiel eine Batterie 162. sowie einen Widerstand 164. Der den Zündkreis 156 und den Verstärker aufweisende Ausgleichkreis, dessen Ausgang über eine Leitung 170 die Gleichrichter 84 steuert, erhält sowohl einen Impuls über eine Leitung 166 von dem Schaltkreis 152 zur Stromrückkopplung als auch einen Impuls über eine Leitung 168 von dem Schaltkreis 154 für die Erzeugung der Strombezugssignale. Die Ansteuerung der Gleichrichter 84 erfolgt in der Weise, daß der Strom durch die Steuerwicklung 74 der Drosselspule 70 anwächst oder abnimmt je nachdem, ob der momentane Schweißstrom im Speisestromkreis 23. wie er von der Schaltung 152 wiedergegeben wird. niedriger oder höher als der benötigte, von dem Schaltkreis 154 zur Erzeugung der Strombezugssignale vorgegebene Schweißstrom ist The circuit 154 for the generation of electricity reference signals includes an adjustable DC current source, in the exemplary embodiment, a battery 162 and a resistor 164. The ignition circuit 156 and the amplifier having compensation circuit whose output controls the rectifier 84 via a line 170, receives both a pulse via a line 166 from circuit 152 for current feedback and a pulse on line 168 from circuit 154 for generating the current reference signals. The rectifiers 84 are controlled in such a way that the current through the control winding 74 of the choke coil 70 increases or decreases depending on whether the instantaneous welding current in the supply circuit 23 is reproduced by the circuit 152. is lower or higher than the required welding current predetermined by the circuit 154 for generating the current reference signals

Der den Verstärker und den Zündkreis 156 aufweisende Ausgleichkreis ist in F i g. 7 wiedergegeben. Er enthält einen Differentialverstärker 172 und eine transistorbestückte Kippschwingstufe 174. Der Differentialverstärker 172 hat gegenüber einem Proportionalver stärker den Vorzug, für die Stcuerwicklung 74 ausreichend starke Impulse zu liefern, welche die Induktivität der Wicklung überwinden und ein Ansprechen des Regelkreises 150 bewirken. The compensation circuit comprising the amplifier and the ignition circuit 156 is shown in FIG. 7 reproduced. It contains a differential amplifier 172 and a transistorized relaxation oscillator 174. Compared to a proportional amplifier, the differential amplifier 172 has the advantage of providing sufficiently strong pulses for the control winding 74 which overcome the inductance of the winding and cause the control circuit 150 to respond.

Der Differenzialverstärker 172 und die Kippschwingstufe 174 werden von einem Stromkreis vorsorgt, der eine Sekundärwicklung 176 eines hinsichtlich seiner Primärwicklung nicht dargestellten Transformators aufweist, der vom Generator 24 über Dioden 178, 180 und 182 gespeist wird. Die Sekundärwicklung 176 dieses Transformators und die Dioden 178 bewirken einen Gleichrichtereffekl auf den Verstärker und den Zündkreis 156, um den Kreis zu erregen und seine Wirkung mit der des Transformators 82 und der Dioden 84 zu synchronisieren. Die Dioden 180 und 182 erzeugen Vorspannungen von einer für den Rost des Kreises ausreichenden Polarität und Höhe. Diese Vorspannungen sind unempfindlich gegenüber Änderungen der Leitungsspannung und stabilisieren deshalb den Steuerkreis 80 gegen solche Änderungen.The differential amplifier 172 and the relaxation oscillating stage 174 are provided by a circuit which has a secondary winding 176 of a transformer, not shown with regard to its primary winding, which is fed by the generator 24 via diodes 178, 180 and 182. The secondary winding 176 of this transformer and the diodes 178 cause a rectifying effect on the amplifier and the ignition circuit 156 to energize the circuit and synchronize its action with that of the transformer 82 and the diodes 84. Diodes 180 and 182 create bias voltages of sufficient polarity and level for the grid of the circle. These bias voltages are insensitive to changes in the line voltage and therefore stabilize the control circuit 80 against such changes.

Der Differentialverstärker 172 enthalt zwei Transistoren 184 und 186, deren Emitter und Kollektoren über Leitungen 188 und 190 parallel verbunden sind. Die Basis des Transistors 184 ist mit einer durch einen Spannungsteiler 192 einstellbaren Spannung vorgespannt. Die Basis des Transistors 186 ist durch ein Fehlsignal vorgespannt, welches von einem durch einen Spannungsteiler 194 erzeugten Bezugssignal und einem Rückkopplungsimpuls des Ringtransformalors 158 abgeleitet ist. Der Rückkopplungsimpuls des Ringtransformators 158 wird durch eine Brückenschaltung 196 gleichgerichtet und durch Kondensatoren 197 und 198 geglättet.The differential amplifier 172 includes two transistors 184 and 186, the emitters and collectors of which are connected in parallel by lines 188 and 190. The base of the transistor 184 is biased with a voltage adjustable by a voltage divider 192. The base of transistor 186 is biased by an error signal derived from a reference signal generated by voltage divider 194 and a feedback pulse from ring transformer 158. The feedback pulse of the toroidal transformer 158 is rectified by a bridge circuit 196 and smoothed by capacitors 197 and 198.

Der Bezugsimpuls des Spannungsteilers 194 und der Rückkopplungsimpuls des Ringtransformators 158 werden an die Enden eines Spannungsteilers 199 zugeleitet, der den Fehlimpuls über eine Leitung 200 der Basis des Transistors 186 zuführt. Um den Arbeitspunki des Transistors 186 ändern zu können, ist der Spannungsteiler 199 einstellbar.The reference pulse of the voltage divider 194 and the feedback pulse of the ring transformer 158 are fed to the ends of a voltage divider 199 , which feeds the missing pulse to the base of the transistor 186 via a line 200 . In order to be able to change the operating point of the transistor 186 , the voltage divider 199 is adjustable.

Die Kippschwingstufe 174 enthält einen Transistor 202. an dessen Emitter ein Kondensator 204 angeschlossen ist. der über eine Leitung 206 durch einen an einem Widerstand 208 erzeugten Impuls aufgeladen wird. Der Widerstand 208 ist mit dem Kollektor des Transistors 184 verbunden. Die Basis des Transistors 202 der Kippschwingstufe ist mit dem Speisekreis und dem Eingang eines gesteuerten Gleichrichters 210 verbunden. The relaxation oscillating stage 174 contains a transistor 202. A capacitor 204 is connected to the emitter of this transistor. which is charged via a line 206 by a pulse generated at a resistor 208. Resistor 208 is connected to the collector of transistor 184 . The base of the transistor 202 of the relaxation oscillator is connected to the feed circuit and the input of a controlled rectifier 210 .

Der Gleichrichter 210 ist über eine Leitung 211 mit den Kathoden der Dioden 178 im Eingang des Differentialverstärkers 172 verbunden. Weiterhin ist er über Leitungen 214, 212 und 213 an die Kathoden der gesteuerten Gleichrichter 84 angeschlossen, um diesen Gleichrichtern Zündsignale zuzuführen, wenn er leitend istThe rectifier 210 is connected via a line 211 to the cathodes of the diodes 178 in the input of the differential amplifier 172. He's still over Lines 214, 212 and 213 connected to the cathodes of the controlled rectifier 84 to this To supply ignition signals to rectifiers when it is conductive

Der Ausgleichkreis der F i g. 7 arbeitet derartig, daß der Transistor 186 durch das am Spannungsteiler 199 anliegende Fehlsignal gesperrt wird, wenn während des Betriebes das Rückkopplungssignal des Ringtransformators 158 dem vom Spannungsteiler 194 erzeugten Bezugssignal gleich ist welches anzeigt daß kein zusätzlicher Schweißstrom benötigt wird. Bei gesperrtem Transistor 186 ist dann der Transistor 184 leitend, so daß Strom von der Leitung 188 zur Leitung 190 fließt. Die zum Transistor 202 und zum Kondensator 204 führende Leitung 206 bleibt hierbei stromlos, so daß der Transistor 202 in der Kippschwingstufe 174 wirksamThe compensation circle of FIG. 7 operates in such a way that the transistor 186 through the voltage applied to the voltage divider 199 pending false signal is blocked if the feedback signal of the ring transformer 158 is generated by the voltage divider 194 during operation The reference signal is the same, which indicates that no additional welding current is required. When locked Transistor 186 is then the transistor 184 conductive, so that current flows from the line 188 to the line 190. The line 206 leading to transistor 202 and capacitor 204 remains de-energized, so that the Transistor 202 is effective in the relaxation stage 174

609652/63609652/63

bleibt.remains.

Sobald jedoch das Rückkopplungssignal vom Ringtransformator 158 unter den Wert des Be/.ugssignals des Spannungsteilers 194 fällt, wird der Transistor 186 leitend und der Transistor 184 gesperrt. Bei gesperrtem Transistor 184 wird ein Spannungsimpuls in der Leitung 206 ausgelöst, der den Kondensator 204 auflädt und den Transistor 202 leitend macht. Der Impuls des Transistors 202 zündet den gesteuerten Gleichrichter 210. welcher daraufhin die gesteuerten Gleichrichter 84 /findet. Derjenige der beiden Gleichrichter 84. der bisHowever, as soon as the feedback signal from ring transformer 158 falls below the value of the Be / .ugssignals of voltage divider 194 drops, transistor 186 becomes conductive and transistor 184 blocked. When locked Transistor 184 triggers a voltage pulse on line 206, which charges capacitor 204 and makes transistor 202 conductive. The pulse of transistor 202 ignites the controlled rectifier 210. which then finds the controlled rectifiers 84 /. That of the two rectifiers 84th the bis

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/um leitenden Zustand vorgespannt ist, führt der Si.euerwieklung 74 der Drosselspule 70 Strom zu. <-o daß sich der Strom in dieser Wicklung vergrößert, die Dämpfung der Drosselspule 70 verminden und der Schweißstrom vergrößert wird. Wenn der Schweißstrom wieder auf den gewünschten Wert angestiegen ist. erreicht das Rückkopplungssignal des Ringiransformators 158 wieder den Wert des Bezugssignals, so daß der Transistor 186 sperrt und der Transistor 184 leitend/ is biased to the conductive state, the Si.euerwklung 74 of the choke coil 70 supplies current. <-o that the current in this winding increases, the damping of the inductor 70 decrease and the Welding current is increased. When the welding current has risen again to the desired value is. reaches the feedback signal of the ring transformer 158 again the value of the reference signal, so that the transistor 186 blocks and the transistor 184 conductive

ίο wird, wodurch keine Zündsignale an die geregelten Gleichrichter 84 abgegeben werden.ίο is, whereby no ignition signals to the regulated Rectifier 84 are delivered.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for alternating current arc welding with a non-consumable electrode and with a direct current pre-magnetized choke (transducer) for setting the welding current and with a control element for balancing a direct current component, characterized in that the impedance of the choke coil (70 ) can be controlled by an electrical circuit (80) in such a way that the choke coil (70) is switched to the saturated magnetization state when the current flow from the workpiece (14) to the electrode (12) is suppressed, and that a current flow is maintained through the load windings (76) in the same direction during the suppressed current phase electrical switching elements (120, 122) are connected as a shunt parallel to the electrode (12) and the workpiece (14) and in series with the load windings (76).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electrical switching elements include a controlled rectifier (120) which is connected in the forward direction parallel to the blocking direction of the arc and which responds to the current phase suppressed in the arc path.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the controlled rectifier (120) is preceded by a resistor (122) which puts the rectifier (120) into the conductivity state as a function of the arc voltage.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the welding circuit has a control circuit (150) for determining the oscillation amplitude by means of a feedback element (152) and for generating a pulse proportional to this and a signal comparison stage (156) in which the determined pulse with a Reference signal is comparable.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the feedback element is designed as a current transformer (152) provided with an air gap, the output signal of which is linearly proportional to a broadband averaged oscillation amplitude.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the size of the air gap in the current transformer (152) is approximately 1.6 mm,

7. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the signal comparison stage (156) is designed as a dilferential amplifier (172) which is responsive to the difference between the signal obtained at the current transformer (152) and the reference signal.

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the differential amplifier (172) interacts with controlled rectifiers (184,186) and a pulse generator (174) to change the oscillation amplitude, the pulse generator supplying ignition pulses to the controlled rectifier.

The invention relates to a circuit arrangement for alternating current arc welding non-consumable electrode and with a direct current premagnetized one Choke (transducer) for setting the welding current and with a control element to compensate for a direct current component.

When using high alternating currents for arc welding, the drop in amplitude of the oscillation half-waves caused by the rectifying effect of the arc is particularly noticeable, especially when welding aluminum. The reason for this is to be found in the fact that the alternating current flows more easily from the electrode to the workpiece than from the workpiece to the electrode as a result of the different willingness to emit due to different temperatures and materials, so that the half-waves have a higher amplitude in one direction than in the other Direction. The blocking effect of the arc, which can be attributed to this rectifier effect, can become so great that the flow of current from the workpiece to the electrode is blocked.

This then has the consequence that the oxide film that is present or is no longer forming on the workpiece is destroyed and a flux is necessary to form a weld bead.

It is already known from DT-PS 8 32 463, the rectifier effect caused by arc welding polarizing means in the form of a DC battery to counteract that in the welding circuit is included in such a way that it compensates for the amplitude weakening in the respective half-wave, or in Form of half-wave rectifiers, which the conductivity of the supply circuit during the half-waves of those Reduce the polarity of the AC power source in which the greater amplitude would occur.

However, the additional direct current component of a connected battery also has the effect of increasing the amplitude during the phase in which the arc is conducting. This creates excessive welding current strengths, which drive away the solid flux at the welding point, make it difficult to control the welding process and require great skill on the part of the welder. The large arc that forms creates a large weld surface without, however, producing the required penetration depth and producing a flawless weld. Above all, a welding electrode with a large diameter and correspondingly heavy is required. For the reasons mentioned, the welding current strengths in tungsten welding are limited to 250 to 300 A ₁ measured at the bottom of the weld seam, so that they can only be used for minor welds.

The decrease in conductivity (= increase in resistance) using half-wave rectifiers, in turn, has the disadvantage of a loss of power. Both Compensation methods have therefore proven to be unsuitable.

Increasingly, use is being made of the welding current as a function of the Size of the workpieces to be processed by means of saturable inductors of variable impedance taxes (US-PS 28 80 374). Waveform instabilities are particularly detrimental because Power interruption p Prevent control of the choke coil during the suppressed power phase, so that the choke is in the current limiting range