DE1690580C3 - Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum irr. Verlauf des eigentlichen Schweißvorganges auch Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom und nicht bis zu einem gewissen Grade brauchbare Mittel darabschmelzender Elektrode, insbesondere unter stellen, die nachteiligen Wirkungen der Gleichstrom-Schutzgas, mit einem im Schweißstromkreis liegen- 30 komp"nente zu beseitigen, sind sie jedoch beim Zünden Kondensator zur Unterdrückung einer während den des Wechselstromschweißlichtbogens störend, des Schweißens auftretenden Gleichstromkompo- Bei kalte Elektrode und kaltem Werkstück tritt nente des Schweißwechselstromes. Eine solche Vor- nämlich ebenfalls eine starke Gleichrichtung des richtung ist z. B. durch die deutsche Patentschrift Schweißwechselstromes auf, jedoch in der umgekehr-832463 bekannt. 35 ten Richtung wie während des Schweißens mit heißer

Es ist bekannt, daß beim Lichtbogenschweißen mit Elektrode, da zunächst die Elektronenemissions-Wechselstrom und nicht abschmelzender Elektrode fähigkeit des Werkstückes größer ist als die der kalbei einer Reihe von Werkstoffen im Schweißstrom- ten Elektrode. Dieser Gleichrichtungseffekt ist so kreis ein Gleichrichtungseffekt, auftritt, dessen Ur- lange vorhanden, bis die Elektrode eine genügend sache eine verschieden gioße Elektronenemissions- 4° hohe Temperatur erreicht hat. Bei kalter Elektrode fähigkeit von Werkstück und Elektrode ist. fließt demnach der Strom im Schweißstromkreis

Beim Schweißen von Aluminium oder Aluminium- nahezu ausschließlich während derjenigen Halbwelle, legierungen beispielsweise ist im allgemeinen die bei der die Elektrode positiv ist. Dieser gleichgerich-Schweißstromstärke in derjenigen Halbperiode, in der tete Wechselstrom im Schweißstromkreis wird jedoch die Elektrode negativ ist, größer als in der darauf- 45 durch einen in den Schweißstromkreis eingeschaltefolgenden, in der die Elektrode positiv ist. Der resul- ten Kondensator unterdrückt, wodurch die Zündung tierende elektrische Strom im Schweißstromkreis kann des Lichtbogens sehr erschwert wird. Unabhängig als ein Wechselstrom mit überlagerter Gleichstrom- von diesen Zündschwierigkeiten hat sich darüber komponente aufgefaßt werden. hinaus gezeigt, daß zwar einerseits die Verwendung

Diese Gleichstromkomponente ist aus verschiede- 50 eines Kondensators im Schweißstromkreis erhebliche nen Gründen unerwünscht. Vom Gleichstrom- Vorteile bringt, daß jedoch andererseits vielfach noch schweißen von Aluminium her ist es bekannt, daß Störungen des Lichtbogens während der schlechter eine wesentlich bessere Schweißnaht erzielt werden brennenden Halbwelle auftreten, die bisher nicht kann, wenn die Elektrode positiv ist, als wenn das immer verhindert werden konnten.
Umgekehrte der Fall ist. Durch den Gleichrichtungs- 55 Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, effekt beim Wechselstromschweißen von Aluminium eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahinwird jedoch gerade diejenige Halbwelle des Schweiß- gehend zu verbessern, daß einerseits die Gleichstromwechselstromes bevorzugt, bei der die Elektrode ne- komponente des Schweißwechselstromes beseitigt ga«I\ ist, d. h., es fließt im Schweißstromkreis ein und andererseits eine sichere Zündung und eine Sta-Wechselstrom, dem eine Gleichstromkomponente in 60 bilisiening der schlechter brennenden Halbwelle des der ungünstigen Richtung überlagert ist. Dies führt Lichtbogens erzielt wird.

zu ähnlichen schlechten Schweißergebnissen, wie das Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfin-

Gleichstromschweißen von Aluminium mit negativer dungsgemäß parallel zum Kondensator ein Gleich-Elektrode. Weiterhin entstehen durch die Gleich- richter geschaltet ist, der bezüglich der zu unterdrükstromkomponente im Schweißstromkreis nachteilige 65 kenden Gleichstromkomponente in Sperrichtung geRückwirkungen auf den Schweißtransformator und polt ist.

auf die üblicherweise im Schweißstromkreis verwen- Damit werden zwei wesentliche Vorteile gegenüber

deten Drosseln. Da der Kern des Schweißtransforma- den bekannten Vorrichtungen mit Kondensator im

Schweißstromkreis erzielt. Einerseits ermöglicht der Gleichrichter ein sicheres Zünden des Lichtbogens in kaltem Zustande der Elektrode, beispielsweise mit Hilfe eiiies überlagerten Hochfrequenz, und zwar dadurch, daß die bei kalter Elektrode nahezu ausschließlich auftretenden HalbweUen des Schweißwechselstromes, bei denen die Elektrode positiv ist, ungehindert den Gleichrichjir passieren können. Andererseits besitzt der vorgesehene Kondensator eine stabilisierende Wirkung. Dieser Kondensator wird in derjenigen Halbwelle, in der die Elektrode negativ ist, positiv aufgeladen und bei der nächsten, an sich schlechter brennenden Halbwelle, bei der die Elektrode positiv ist, über den Lichtbogen entladen, wobei sich die Spannung des Kondensators zu der Spannung des Schweißtransformators addiert. Hierdurch wird die an sich schlechter brennende Halbwelle stabilisiert, während die andere, an sich besser brennende, jedoch für die Qualität des Schweißvorganges ungünstigere Halbwelle dadurch, daß der Kondensator in der umgekehrteu Richtung nicht aufgeladen wird, keine zusätzliche Unterstützung durch diesen erhält.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schweißvorrichtung ist die Sekundärseile des Schweißtransformators 1 einerseits mit dem Werkstück 2 und andererseits über die Filtereinheit 3 mit der Elektrode 4 verbunden. An Elektrode 4 und Werktstück 2 liegt außerdem ein Zündgerät 5, beispielsweise ein Hochfrequenzzündgerät oder ein Impulsgeneratoi.

Die Filtereinheit 3 besteht aus einem Kondensator 6 und einem diesen überbrückenden Einweggleichrichter 7, dessen Pluspol an der Elektrode 4 liegt. Außerdem ist der Kondensator 6 noch durch einen Entladewiderstand 8 überbrückt, der den Kondensator 6 nach Abschalten des Lichtbogens entlädt. Die Filteninheit 3 kann selbstverständlich auch in der Leitung zum Werkstück 2 liegen.

Bei kalter Elektrode 4 und kaltem Werkstück 2 tritt während und nach dem Zünden zunächst lediglich ein Halbwellenstrom auf, bei dem die Elektrode 4 positiv ist und der von der Sekundärseite des Schweißtransformators 1 über den Einweggleichrichter 7, Elektrode 4 und Werkstück 2 zurück zur Sekundärseite des Schweißtransfoimators 1 fließt. Durch die Ermöglichung dieses Stromflusses kann der Lichtbogen leicht, beispielsweise mit Hilfe des Zündgerätes 5, gezündet werden, während der Zünd-Vorgang erheblich erschwert wäre, wenn, wie bei den bekannten Schweißvorrichtungen, lediglich ein Kondensator, der diesen gleichgerichteten Wechselstrom

unterdrückt, in den Schweißstromkreis eingeschaltet wäre. Sobald hinsichtlich der Temperatur im Bereich der Schweißstelle stationäre Verhältnisse vorliegen, oder auch schon vorher, wenn die Temperatur der Elektrode 4 genügend hoch ist, tritt beim Schweißen vieler Werkstoffe eine Gleichstromkomponente im Schweißsiromkreis auf, die jedoch die Filtereinheit 3 nicht passieren kann, da sie vom Werkstück 2 zur Elektrode 4 gerichtet ist Darüber hinaus wird jedoch durch die Vorrichtung im Gegensatz zu den bekannten Schweißvorrichtungen noch derjenigen HaIbwelienstrom gegenüber dem entgegengesetzten verstärkt und dadurch stabilisiert, welcher von der Elektrode 4 zum Werkstück 2 gerichtet und von Natur aus schwach ist. Dies geschieht dadurch, daß sich der Kondensator 6 nur einseitig auf- und entlädt und sich deshalb seine Spannung zur Spannung des Schweißtransformators 1 nur dann addiert, wenn die an sich schlechter brennende Halbwelle durch den Lichtbogen geht.

Bei der Vorrichtung kann der Kondensator 6 im Gegensatz zu den Kondensatoren der bekannten Filtereinrichtungen ein gepolter Elektrolytkondensator sein, da er nur in einer Richtung aufgeladen wird. Eine Kapazität im Bereich von 100 bis 400 Mikrofarad pro Ampere des maximalen Schweißstromes bei einer Arbeitsspannung von etwa 45 Volt ist hierbei zweckmäßig. Der Einweggleichrichter 7 wird im wesentlichen nur während des Zündens und kurz danach vom Schweißstrom durchflossen und kann wegen dieser nur kurzzeitigen Belastung klein ausgelegt werden. An Stelle des Einweggleichrichters 7 können auch einem solchen gleichwertige Mittel, wie steuerbare Halbleiter, Thyratrons, Ignitrons oder ähnliche Schaltelemente verwendet werden. Der Einweggleichrichter 7, bzw. die diesem gleichwertigen Mittel, sind für 50 °/o des maximalen Schweißstromes beim Zünden für eine Zeit von maximal 5 see. und für 5 bis bis 15 ⁰Zo des maximalen Schweißstromes beim Schweißen zu bemessen. Ihre maximale Sperrspannung muß mindestens der Spitzenspannung des Kondensators 6 entsprechen und ist von der Leerlaufspannung des Schweißtransformators 1 unabhängig.

Bei der Vorrichtung ist der Kondensator 6 durch einen Entladewiderstand 8 überbrückt. Dieser entlädt den Kondensator 6 nach Unterbrechung des Lichtbogens in ungefähr einer Sekunde.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen eignen sich für alle Lichtbogenschweißverfahren mit Wechselstrom. Sie können demnach mit Vorteil verwendet werden beim Schweißen mit nicht abschmelzender Elektrode mit oder ohne Schutzgas und mit oder ohne Zusatzdraht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

tors durch die Gleichstromkomponente teilgesättigt Patentansprüche: wird, ergibt sich eine größere primäre Stromauf- nahme, die zur Folge hat, daß der Transformator mit

1. Vorrichtungen zum Lichtbogenschweißen niedrigerer Leistung betrieben werden muß, um Bemit Wechselstrom und nicht abschmelzender 5 Schädigungen desselben zu vermeiden. Auch die Elektrode, insbesondere unter Schutzgas, mit Drosseln im Schweißstromkreis werden durch die einem im Schweißstromkreis liegenden Konden- Gleichstromkomponente teilgesättigt und verlieren sator zur Unterdrückung einer während des dadurch weitgehend den ihnen zugedachten Einfluß Schweißens auftretenden Gleichstromkompo- auf den Schweißstrom.

nente des Schweißwechsdstromes, dadurch io Um diese Gleichstromkomponente zu unterdrükgekennzeicb.net, daß parallel zum Konden- ken, ist es durch die deutsche Patentschrift 832463 sator (6) ein Gleichrichter (7) geschaltet ist, der auch bekannt, in den Schweißstromkreis zwei Einbezüglich der zu unterdrückenden Gleichstrom- weggleichrichter umgekehrt parallel zueinander einkomponenie in Sperrichtung gepolt ist zuschalten und im Stromkreis eines der beiden

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 Gleichrichter einen Widerstand vorzusehen. Derartige kennzeichnet, daß ein gesteuerter Gleichrichter, Vorrichtungen arbeiten jedoch unbefriedigend, weil beispielsweise ein steuerbarer Halbleiter, ein der Gleichrichtungseffekt des Lichtbogens während Thyratron oder ein Ignitron, vorgesehen sind. des Schweißens im allgemeinen stark schwankt und

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da diese Schwankungen als unregelmäßig auftretende durch gekennzeichnet, daß der Kondensator (6) so Gleichstromkomponenten teilweise erhalten bleiben, durch einen Entladewiderstand (8) überbrückt ist Besser bewährt haben sich dagegen Vorrichtungen

der eingangs genannten Art, die eine völlige Unterdrückung der Gleichstromkomponente bewirken. Derartige Schaltungen mit Kondensatoren werden 25 auch häufig angewendet.

Während die Kondensatoren im Schweißstromkreis