DE1690597C - Einrichtung zur Vermeidung von Kraterbildungen - Google Patents

Description

Thyristor, dessen Steuerelektrode von einem Impulsgenerator ansteuerbar ist und ferner durch ein dem Impulsgenerator vorgeschaltetes, den Strom im Thyristor beeinflussendes Verzögerungsglied und einen Auslöser zur Einleitung und Beendigung der Stromänderung.

Durch die vorliegende Erfindung ist es nunmehr möglich, alle oben angeführten Steueraufgaben auch unter ökonomischen Gesichtspunkten optimal zu lösen, wobei sich noch neue technische Lösungen ergeben, die beim bisherigen Stand der Technik nicht zu meistern waren. Dabei wird vorteilhaft von HaJbleitern Gebrauch gemacht, die schon seit einiger Zeit unter dem Namen »Thyristor« bekannt sind und in steigendem Maße Verwendung finden. Diese Bauelemente haben die Eigenschaft, daß sie bei fachmännisch ausgewählten Betriebsbedingungen dann und nur dann Strom führen, wenn die an den Hauptelektroden liegende Spannung die geeignete Polarität besitzt und außerdem an einer Ste> erelckirode ein — meist nur impulsartig angelegter— Steuerstrom fließt. Die Größe des fließenden Gleichstroms wird dann außer von den im Kreis befindlichen Lastwiderständen nur noch von der Phasenlage des Steuerimpulses in bezug auf die Speisespannung des Thyristors bestimmt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung verhindert die Bildung von Endkratern. Diese treten bei Unterbrechung des Schweißlichtbogens (z. B. beim Abheben des Schweißbrenners nach Fertigstellung einer Schweißnaht) auf, wodurch in vielen Fällen —vor allem bei starker thermischer Belastung— die Festigkeit der Schweißnaht beeinträchtigt wird. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird durch die stetige Verringerung bzw. kontinuierliches Hochfahren des Schweißstromes die Einbrandtiefe reduziert. Da die Einbrandtiefe bzw. die Endkratergröße von der Schweißstromstärke abhängt, wird hierdurch der Endkrater auf ein Minimum herabgesetzt bzw. völlig beseitigt.

Bei unserer erfindungsgemäßen Ausführung gelangt Strom und Spannung über ein Verzögerungsglied in einen Impulsgenerator, der die Steuerelektrode eines Thyristors mit Impulsen beaufschlagt. Dieser Thyristor ist in den Stromkreis einer Schweißstromquelle geschaltet. Durch die Einrichtung wird erreicht, daß der Schweißstrom beispielsweise beim Beenden des Schweißvorganges nach dem Auslösen stetig sich einem Minimalwert (beispielsweise 0) nähert. Beim Beginn eines Schweißvorganges dagegen steuert der Thyristor den Schweißstrom kontinuierlich bis auf einen vorbestimmten Maximalwert (Arbeitspunkt).

Als Verzögerungsglied wird erfindungsgemäß eine Kombination aus einem Ohmschen Widerstand, einem Kondensator bevorzugt, Selbstverständlich ist auch eine Kombination aus einem Ohmschen Widerstand und einer Spule als Verzögerungsglied denkbar.

Um eine möglichst vielfältige Variierbarkeit des Abklingvorganges zu erreichen, ist es zweckmäßig, den Ohmschen Widerstand des Verzögerungsgliedes verstellbar auszubilden.

Die Ausbildung des Impulsgenerators im einzelnen ist grundsätzlich beliebig. Als besonders wirtschaftlich und damit vorteilhaft wird erfindungsgemäß bevorzugt, daß der Impulsgenerator im wesentlichen aus einem Unijunktiontransistor und einem Auskoppel-Trap.sformator besteht, denen mindestens ein Verstellpotentiometer vorgeschüttet ist.

Line weitere Verbesserung des Verzögcrungsvei haltens der Einrichtung für den Auf- bzw. Abklirig-

Vorgang kann dadurch erreicht werden, daß das Verzögerungsglied außer dem Ohmschen Widerstund und dem Kondensator noch einen sogenannten Emitterwiderstand und —diesem nachgeschaltet — einen Transistor enthält.

ίο Durch das Verstellpotenliometer wird der Transistor mehr oder minder stark aufgezogen und wirkt damit (in Reihe mit seinem Emitterwiderstand) als veränderlicher Widerstand, der je nach Größe mit dem Kondensator eine Zeitverzögerung bringt, die den Unijunktiontransistor ansteuert. Dieser wieder öffnet über den Auskoppelungs-Ubertrager den Thyristor, womit je nach Ansteuerung ein mehr oder minder großer Strom durch die Last getrieben wird. Sehr zweckmäßig ist es statt einem Verstellpotentiometer zwei parallelgeschal'ete, von einer Gleichstromquelle gespeiste Verstellpotentiometer vorzusehen, deren Abgriff durch einen Schalter wahlweise mit dem Verzögerungsglied verbindbar ist. Durch bloßes Umschalten von einem Verstellpotentiometer auf das andere ist damit sehr rasch eine Verstellung des Steuerstromes möglich, die vorher durch entsprechendes Einstellen der Potentiometer bestimmt werden kann.

Ferner bietet sich durch Verwendung eines zusätzlichen Relais eine Möglichkeit an, den Schweißstrom nach Art eines Programms langsam auf- oder abklingen zu lassen. Nimmt man beispielsweise an, daß der obengenannte Umschalter für die beiden Verstellpotentiometer auf einem Relais sitzt, das durch bekannte Maßnahmen bei kurzer Betätigung in Selbsthaltung gebracht wird, das eir;e Verstellpotentiometer auf beispielsweise niedrigsten Wert gestellt wird, dann wird die Spannung am Kondensator sich nach einer Zeitkonstanten, die sich durch das Produkt des Widerstandes mit dem Wert eines Kondensators ergibt, vermindern. In gleichem Maß ändert sich der Strom durch den L astwiderstand und die an ihn abfallende Spannung. Man kann beispielsweise den Lastwiderstand einem Verstellwiderstand paral-IeI schalten und in Reihe mit letzterem ein zweites Relais anordnen, welches über einen Kontakt zum Betätigen des Primärschützes der Stromquelle dient. Durch Wahl der geeigneten Einstellung an dem Verstellwiderstand und dem zweiten Relais kann dann erreicht werden, daß die Spannung an demselben die Haltespannung des ersten Relais unterschreitet. Wenn ciieses Relais dann abfällt, kann der Kontakt des zweiten Relais das Primärschütz der Stromquelle ausschalten und damit die Schweißung unterbrechen.

Man kann auch noch eine günstigere und einfachere Methode finden, diesen Kraterfüllvorgang halb zu automatisieren. Gleichzeitig mit dem Umschaltrelais (erstes Relais), das wie oben in Selbsthaltung betrieben wird, läuft ein Zeitrelais an, das den langsam abklingenden Schweißstrom nach einer empirisch ermittelten Zeit abschaltet.

Diese beiden Möglichkeiten erlauben es dem Schweißingenieur, auch ungeschulte Kräfte dort einzusetzen, wo bisher wegen des sehr rißempfindlichen Werkstückes das Kraterfüllen, d.h. das Absenken des Stromes am Schweißende, nur gut eingeübten Schweißern anzuvertrauen war. Der Strom wird dann durch die Auslösung der Automatik verringert und

schaltet sich nach der Einstellvorschrift selbsttätig Es ist offensichtlich, daß durch die Auswahl eines

ab. geeigneten Impulsgenerators 16 der Stromverbrauch

Vorteilhaft ist der Auslöser (Schalter bzw. Poten- über den Widerstand 14 sehr niedrig gehalten werden

tiometer) zur Einleitung und zum Beenden der Strom- kann. Demgemäß sind also die eigentlichen Steueror-

änderung im bzw. am Handgriff des Schweißbren- 5 gane 11 bzw. 12 in diesem Falle Potentiometer von

ncrs angeordnet. Zehntel-Watt. Damit ist es nun möglich, über die

Auf diese Weise gelingt es, von dem Schweißbren- ÄC-Kombination 14,15, die hier nur beispielhaft anncr aus nicht nur —wie bisher üblich— den geführt ist, die an Kondensator 15 anliegende Span-Schweißstrom sowohl ein- als auch abzuschalten so- nung beim Umschalten des Kontaktes 13 vom Potenwic eventuell den Strom auf einen vor der Schwei- io tiometer 11 auf Potentiometer 12 nach Maßgabe der ßung eingestellten Wert springen zu lassen, sondern Zeitkonstanten des ÄC-Gliedes 14, 15 auf- oder abaucli den Schweißstrom beliebig fein zu verstellen. klingen zu lassen.

Dadurch kann der bisher übliche Fuß-Fernversteller In Fig.2 ist ein Schaltbild gezeigt, das die Reali-

vortcilhaft entfallen. sierung einer einfachen Stromverstellung im Steuer-

Zur Beseitigung von Spannungsspitzen im Last- 15 kreis eines Transduktors für Schweißstromquellen er-

stromkreis, die durch die aligemein hochinduktive laubt. Der Transduktor ist in F i g. 2 mit 22 und sein

Last entstehen können, empfiehlt es sich, den vom Steuerkreis mit 23 bezeichnet. Die Schaltung wird an Thyristor ausgehenden Stromkreis durch eine Diode ihren Eingangsklemmen 24 mit Spannungshalbwellcn

kurzzuschließen. der technischen Frequenzen von SO bzw. 60 Hertz

In der Zeichnung sind zur näheren Erläuterung ao eingespeist. Der von einer gestrichelten Linie umrander Erfindung Ausführungsbeispiele dargestellt, und dete und in seiner Gesamtheit mit 25 bezeichnete Imzwar zeigt pulserzeuger speist dann Stromimpulse auf die Steu-

F i g. 1 eine Ausführungsform einer Stromverstell- erelektrode 26 eines Thyristors 27, so daß dieser

einrichtung an Hand eines Blockschaltbildes, mehr oder weniger Strom in die nachgeschaltete

F i g. 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungs- as Steuervicklung 28 des Transduktors 22 fließen läßt,

form und Der Impulserzeuger 25 beschneidet mit einer Zener-

Fig. 3 die Ausführungsform nach Fig. 1 als korn- Diode 29 die angelegten Spannungshalbwellen zur

pletter Schaltplan. Trapezform. Über ein Verste'lpotentiometer 30 wird

Nach Fig. 1 wird einer Gleichstromquelle 10 über über eine ÄC-Kombination 31, 32 ein Unijunktion-Poientiometer ii bzw. 12 und einem Koniakt 13 so- 30 Transistor 33 angesteuert, der je nach Einstellung wie eine aus einem Widerstand 14 und einem Kon- des Verstellpotentiometers 30 eine längere oder kürdcnsator 15 bestehende Verzögerungskombination zere Impulsserie über einen Auskoppelübertrager 34 eine am Schleifer, beispielsweise des Potentiometers an die Steuerelektrode 26 des Thyristors 27 liefert. 11, einstellbare Spannung entnommen und einem Eine Realisierung des Prinzipschaltbildes nach Impulsgenerator zugeführt. Der Impulsgenerator ist 35 Fig. 1 zeigt Fig.3. An den Klemmen 35 wird der schematisch dargestellt und mit 16 bezeichnet. Der Schaltung wiederum eine wellige Gleichspannung Impulsgenerator 16 liefert an die Steuerelektrode 17 eingespeist. Von der welligen Speisespannung wird eines Thyristors 18 Stromimpulse, deren Phasenlage über eine Diode 36 an den Kondensator 37 eine in bezug auf die am Thyristor 18 befindliche Treiber- Spannung geführt, die praktisch ohne Welligkeit gespannung U„ in Abhängigkeit von der am Potentio- 40 halten werden kann. Ein Teil dieser Gleichspannung meter U bzw. 12 eingestellten Spannung variiert hegt an Potentiometern 38 und 39. Über den Umwird. Dies hat den oben beschriebenen Mechanismus schalter 40 und einen veränderlichen Widerstand 41 zur Folge, daß nämlich der durch den Thyristor 18 wird ein Transistor 42 mehr oder minder stark aufge- und die symbolisch als Wicklung dargestellte und mit zogen und wirkt damit — in Reihe mit einem 19 bezeichnete Last — beispielsweise eine Transduk- 45 Emitterwiderstand 43 — als veränderlicher Widertorwicklung zur Steuerung eines Schweißtransforma- stand, der je nach Größe mit einem Kondensator 44 tors — fließende Strom je nach der an den Potentio- eine Zeitverzögerung bringt, die einen Unijonktionmetern 11, 12 anliegenden Spannung steigt oder fällt. Transistor 45 ansteuert. Dieser wieder öffnet über

Per Last 19 ist ferner ein Verstellwiderstand 20 einen Auskoppelübertrager 46 einen Thyristor 47,

sowie ein Relais 21 parallel geschaltet, welches letz- 50 womh je nach Ansteuerung ein mehr oder minder

tere zur Betätigung des nicht dargestellten Primär* großer Strom durch die nicht gezeichnete Last getrie-

ichützes der Stromquelle dienen soll und damit zu ben wird. Eine Diode 48 soll die durch die allgemein

gegebener Zeit eine Unterbrechung des Schweißvor- hochinduktive Last entstehenden Spannungsspitzen

ganges bewirken kann. kurzschließen (Freilauf diode).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

des Steuerstromes (maximal etwa 10 Amp.) auf einen Patentansprüche: niedrigeren Wert verringert. So gelingt es beispielsweise bei Verwendung der entsprechenden Schweiß-

1. Einrichtung zur Vermeidung von Kraterbil- maschinen durch Absenkung des Steuerstroms auf dung bei Beginn und Ende einer Schweißung 5 einen verschwindend kleinen Wert, den Schweißdurch Veränderung des Stromverlaufes der strgm um den Faktor 10~² zu verkleinern. Die Steu-Schweißstromqueüe, gekennzeichnet durch erströme werden üblicherweise entweder einer auf einen gegebenenfalls zugleich als Gleichrichter den Haupttransformator gelegten Hilfswicklung oder dienenden, im Stromkreis der Schweißstrom- einem gesondert ausgeführten Trenn-Tran^formator quelle angeordneten Thyristor, dessen Steuer- io entnommen. Die Veränderung der für die Steuerung elektrode von einem Impulsgenerator ansteuerbar erforderlichen Gleichströme erfordert dann einen ist und ferner durch ein dem Impulsgenerator Stelltransformator oder ein Drahtpotentiometer, desvorgeschaltetes, den Strom im Thyristor beein- sen veränderliche Wechselspannung einem Brükflussendes Verzögerungsglied und einen Auslöser kengleichrichter zugeführt wird, dessen Ausgangszur Einleitung und Beendigung der Stromände- 15 spannung dann einen dieser proportionalen Ströme rung. in die Steuerwicklung treibt. Nun ist es zweifellos ein

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Vorteil, daß mit einer Steuerleistung von etwa kennzeichnet, daß das Verzögerungsglied außer 500 Watt eine Schweißleistung von einigen 10 kW dem Ohmsch»n Widerstand (41, 61) und dem verstellt werden kann. Es leuchtet jedoch ein, daß die Kondensator (60) noch einen sogenannten 20 Verstellorgane bei dieser Leistung nicht mehr klein Emitterwiderstand (43) und — diesem nachge- gehalten werden können. Man verwendet deshalb schaltet — einen Transistor (42) enthält. Verstellorgane, deren Wicklungswindungen mit der

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich- entnommenen Stromstärke in ihrem Querschnitt annet durch zwei pirallelgeschaltete, von einer steigt. Es kann dadurch erreicht werden, daß ein Gleichstromquelle (10, 35) gespeiste Verstellpo- 25 Verstellpotentiometer mit einer Verlustleistung von tentinmeter (11, 12 bzw. 38, 39), deren Abgriff 250 Watt eine SteVorleistung von etwa 500 Watt zu durch einen Schalter (13, 40) wahlweise mit dem verändern gestattet.

Verzögerungsglied verbindbar ist. Dennoch sind diese Verstellorgane noch von einer

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der beträchtlichen mechanischen Dimension. Ferner wird vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 30 der Steuerstrom mittels eines Kabels über den Ferneine den vom Thyristor (47) ε-.sgehenden Strom- versteller geleitet. Wird das Kabel über eine gewisse kreis kurzschließende Diode (48) zur Beseitigung Länge hinaus gewählt, so muß auch durch genügend hoher Spannungsspitzen. große Querschnitte dafür gesorgt werden, daß der

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 Steuerstrom nicht durch den Ohmschen Widerstand bis 4 mit einem mit der Schweißstromquelle ver- 35 des Steuerkabels zu stark verkleinert wird. Ein weitebundenen Schweißbrenner, dadurch gekennzeich- rer Nachteil besteht darin, daß die dynamische Vernet, daß der Auslöser zur Einleitung und zum änderung, d. h. die Schnelligkeit des Ansteigens und Beenden der Stromänderung im bzw. am Hand- Abfallens des Steuerstroms nicht mit einfachen Mitgriff des Schweißbrenners angeordnet ist. teln beherrscht werden kann. Es ist nämlich teilweise

40 erwünscht, den Schweißstrom nach Art einer Expo-

nentialfunktion abklingen zu lassen. Zu diesem Zweck

braucht man in der Maschine zusätzliche Energiespeicher (z.B. Blindleistungskondensatoren). Eine

Di-j Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ver- Verwirklichung derartiger Erfordernisse scheitert- jemeidung von Kraterbildungen beim Beginn und 45 doch beim heutigen Stand der Technik aus wirt-Ende einer Schweißung durch Veränderung des schaftlichen Gründen.
Stromverlaufes einer Schweißstromquelle. Darüber hinaus ist aus der USA.-Patentschrift

In Schweißmaschinen statischer Bauweise wie 2 977 528 eine Schweißeinrichtung bekannt, bei der Schweißtransformatoren und Schweißgleichrichtern dem Ausgang eines Transformators eine SteuerdrosoJer in Kombinationsanlagen der genannten Typen so sei nachgeschaltet ist. Der Steuerwicklung der Drosist es in steigendem Umfang üblich, elektromagnet!- sei ist ein Kondensator und ein Schalttransistor zusehe Bauelemente zu vtrwenden, deren mittlere geordnet. Beim Ende einer Schweißung wird durch Reaktanz durch Verstellen eines relativ niedrigen Zusammenwirken von Kondensator und Transistor Steuerstroms verändert wird, wodurch ein vorteilhaf- der Steuerstrom in der Steuerwicklung und damit der tes statisches und dynamisches Verhalten des 55 Schweißstrom abgesenkt. Mit diese«· Einrichtung Schweißgerätes erreicht wird. Besonders für die kann jedoch keine Anhebung des Schweißstromes Schweißung unter Schutzgas mit nicht abschmelzen- auf einen bestimmten Wert am Anfang der Schweider Wolframelektrode (WIG-Verfahren) erfreuen ßung erreicht werden.

sich diese Maschinen großer Beliebtheit, weil sie es Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

erlauben, auch in größerer Entfernung des Schweiß- 60 Einrichtung zur Veränderung des Stromverlaufes der platzes von der eigentlichen Schweißmaschine den Schweißstromquelle zu schaffen, die raum- und Schweißstrom durch Mitführen eines Fernverstellers, materialsparend konzipiert und damit wirtschaftlich der mit einem Kabel mit der Schweißstromquelle zu erstellen ist und durch die Kraterbildungen bei verbunden ist, zu verändern. Ferner erlaubt diese Art Beginn und Ende einer Schweißung vermieden wervon Maschinen einen besonderen Effekt zur Verhin- 65 den.

derung von Endkratern und deren nachteiligen FoI- Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen gegen, der unter dem Begriff »Kraterfüllung« bekannt gebenenfalls zugleich als Gleichrichter dienenden, im ist. Hierbei wird der Schweißstrom durch Absenken Stromkreis der Schweißstromquelle angeordneten