DE1790312C3

DE1790312C3 - Circuit arrangement for arc welding with alternating current

Info

Publication number: DE1790312C3
Application number: DE19681790312
Authority: DE
Inventors: Max 8000 München Gillitzer
Original assignee: Ausscheidung aus: 16 90 580 Messer Griesheim GmbH, 6000 Frankfurt
Priority date: 1968-01-12
Filing date: 1968-01-12
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DE1690580C3; DE1690580A1; DE1690580B2; DE1790312B1; DE1790312A1

Description

1515th

Die Erfindung betrifft eine Schallungsanordnung zum Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom und nichtabschmelzender Elektrode, insbesondere von Aluminium, mit einem im Schweißstromkreis liegenden Kondensator zur Unterdrückung einer während des Schweißens auftretenden Gleichstromkomponente.The invention relates to a shuttering arrangement for arc welding with alternating current and non-consumable Electrode, in particular made of aluminum, with a capacitor located in the welding circuit to suppress a direct current component occurring during welding.

Es ist bekannt, daß beim Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom bei einer Reihe von Werkstoffen im Schv/eißstromkreis ein Gleichrichtungseffekt auftritt, dessen Ursache eine verschieden große Elektronenemissionsfähigkeit von Werkstück und Elektrode ist.It is known that when arc welding with alternating current in a number of materials Welding circuit a rectification effect occurs, the cause of which is a different size of electron emissivity of workpiece and electrode.

Beim Schweißen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen beispielsweise ist im allgemeinen die .Schweißstromstärke in derjenigen Halbperiode, in der die Elektrode negativ ist, größer als in der darauffolgenden, in der die Elektrode positiv ist. Der resultierende elektrische Strom im Schweißstromkreis kann als ein Wechselstrom mit überlagerter Gleichstromkomponente aufgefaßt werden.When welding aluminum or aluminum alloys, for example, is generally the .The welding current in the half-cycle in which the electrode is negative is greater than in the following, in which the electrode is positive. The resulting electric current in the welding circuit can be called a Alternating current can be understood with a superimposed direct current component.

Diese Gleichstromkomponente ist aus verschiedenen Gründen unerwünscht. Vom Gleichstromschweißen von Aluminium her ist bekannt, daß eine wesentlich bessere Schweißnaht erzielt werden kann, wenn die Elektrode positiv ist, als wenn das Umgekehrte der Fall ist.This DC component is undesirable for a number of reasons. From DC welding of It is known from aluminum that a much better weld seam can be achieved if the electrode is positive as if the reverse is true.

Durch den Gleichrichtungseffekt beim Wechselstromschweißen von Aluminium wird jedoch gerade diejenige Halbwelle des Schweißwechselstromes bevorzugt, bei der die Elektrode negativ ist, d. h. es fließt im Schweißstromkreis ein Wechselstrom, dem eine Gleich-Stromkomponente in der ungünstigen Richtung überlagert ist. Dies führt zu ähnlichen schlechten Schweißergebnissen, wie das Gleichstromschweißen von Aluminium mit negativer Elektrode. Weiterhin entstehen durch die Gleichstromkomponente im Schweißstromkreis nachteilige Rückwirkungen auf den Schweiß-Transformator und auf die üblicherweise im Schweißstromkreis verwendeten Drosseln. Da der Kern des Schweißtransformators durch die Gleichstromkomponente teilgesättigt wird, ergibt sich eine größere primäre Stromaufnahme, die zur Folge hat, daß der Transformator mit niedrigerer Leistung betrieben werden muß, um Beschädigungen desselben zu vermeiden. Auch die Drosseln im Schweißstromkreis werden durch die Gleichstromkomponente teilgesättigt und verlieren dadurch weitgehend den ihnen zugedachten Einfluß auf den Schweißstrom.However, due to the rectifying effect of AC welding of aluminum, the that half-wave of the welding alternating current is preferred at which the electrode is negative, d. H. it flows in Welding circuit an alternating current on which a direct current component is superimposed in the unfavorable direction is. This leads to poor welding results similar to that of direct current welding of aluminum with negative electrode. Furthermore, the direct current components arise in the welding circuit disadvantageous repercussions on the welding transformer and on those usually in the welding circuit used chokes. Because the core of the welding transformer is partially saturated by the direct current component is, there is a greater primary current consumption, which has the consequence that the transformer with lower power must be operated in order to avoid damage to the same. Also the Chokes in the welding circuit are partially saturated by the direct current component and lose thereby largely the intended influence on the welding current.

Es sind verschiedene Mittel bekannt, diese Gleichstromkomponente zu unterdrücken oder ganz zu beseitigen. So ist es beispielsweise aus der US-PS 25 29 715 und 28 80 374 bekannt, mit richtungsabhängig unterschiedlichen ohmschen oder induktiven Widerständen zu arbeiten. Ferner wurde vorgeschlagen (DT-PS 8 32 465, Fig. 1 bis 3) in den Schweißstromkreis eine Gleichstromquelle so einzuschalten, daß die Gleichstromkomponente zumindest teilweise kompensiert wird. Weiterhin ist es bekannt geworden (DT-PS 8 32 463, Fig. 4) in den Schweißstromkreis zwei Einweggleichrichter umgekehrt parallel zueinander einzuschalten und im Stromkreis eines der beiden Gleichrichter einen Widerstand vorzusehen. Derartige Mittel arbeiten jedoch unbefriedigend, weil der Gleichrichtungseffekt des Lichtbogens während des Schweißens im allgemeinen stark schwankt und diese Schwankungen als unregelmäßig auftretende Gleichstromkomponenten teilweise erhalten bleiben. Besser bewährt hat sich das Einschalten von Kondensatoren in den Schweißstromkreis (DT-PS 8 32 463, Fig. 5), die eine völlige Unterdrückung der Gleichstromkomponente bewirken. Derartige Schaltungen mit Kondensatoren werden auch häufig angewendet.Various means are known to suppress this direct current component or to completely reduce it remove. So it is known, for example, from US-PS 25 29 715 and 28 80 374, with direction-dependent different ohmic or inductive resistances to work. It was also suggested (DT-PS 8 32 465, Fig. 1 to 3) to turn on a direct current source in the welding circuit so that the DC component is at least partially compensated. It has also become known (DT-PS 8 32 463, Fig. 4) to switch two half-wave rectifiers into the welding circuit, reversed parallel to one another and to provide a resistor in the circuit of one of the two rectifiers. Such means however, work unsatisfactorily because of the rectifying effect of the arc during welding generally fluctuates strongly and these fluctuations as irregularly occurring direct current components partially preserved. Switching on capacitors in the has proven to be better Welding circuit (DT-PS 8 32 463, Fig. 5), which completely suppresses the direct current component cause. Such circuits with capacitors are also often used.

Während die Kondensatoren im Schweißstromkreis im Verlauf des eigentlichen Schweißvorganges bis zu einem gewissen Grade brauchbare Mittel darstellen, die nachteiligen Wirkungen der'Gleichstromkomponente zu beseitigen, sind sie jedoch beim Zünden des Wechselstromschweißlichtbogens störend. Bei kalter Elektrode und kaltem Werkstück tritt nämlich ebenfalls eine starke Gleichrichtung des Schweißwechselstromes auf, jedoch in der umgekehrten Richtung wie während des Schweißens mit heißer Elektrode, da zunächst die Elektronenemissionsfähigkeit des Werkstückes größer ist als die der kalten Elektrode. Dieser Gleichrichtungseffekt ist so lange vorhanden, bis die Elektrode eine genügend hohe Temperatur erreicht hat. Bei kalter Elektrode fließt demnach der Strom im Schweißstromkreis nahezu ausschließlich während derjenigen HaIbwelle, bei der die Elektrode positiv ist. Dieser gleichgerichtete Wechselstrom im Schweißstromkreis wird jedoch durch einen in den Schweißstromkreis eingeschalteten Kondensator unterdrückt, wodurch die Zündung.des Lichtbogens sehr erschwert wird. Unabhängig von diesen Zündschwierigkeiten hat sich darüber hinaus gezeigt, daß zwar einerseits die Verwendung eines Kondensators im Schweißstromkreis erhebliche Vorteile bringt, daß jedoch andererseits vielfach noch Störungen des Lichtbogens während der schlechter brennenden Halbwelle auftreten, die bisher nicht immer verhindert werden konnten.While the capacitors in the welding circuit in the course of the actual welding process are to a certain extent useful means of eliminating the adverse effects of the direct current component, they are, however, disruptive when the alternating current welding arc is ignited. With a cold electrode and a cold workpiece, the welding alternating current is also strongly rectified, but in the opposite direction as during welding with a hot electrode, since the workpiece is initially more electron-emitting than that of the cold electrode. This rectification effect is present until the electrode has reached a sufficiently high temperature. When the electrode is cold, the current in the welding circuit therefore flows almost exclusively during the half-wave in which the electrode is positive. This rectified alternating current in the welding circuit is suppressed by a capacitor connected to the welding circuit, which makes it very difficult to ignite the arc. Regardless of these ignition difficulties, it has also been shown that, on the one hand, the use of a capacitor in the welding circuit has considerable advantages, but on the other hand, arc disturbances often occur during the worse burning half-wave, which up to now could not always be prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom zu entwickeln, bei welcher einerseits die Gleichstromkomponente des Schweißwechselstromes beseitigt und andererseits eine sichere Zündung und eine Stabilisierung der schlechter brennenden Halbwelle des Lichtbogens erzielt wird.The invention is based on the object of providing a circuit arrangement for arc welding To develop alternating current, in which on the one hand the direct current component of the welding alternating current eliminated and on the other hand a safe ignition and a stabilization of the worse burning half-wave of the arc is achieved.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art der Kondensator ein gepolter Kondensator ist, der in Reihe mit der Elektrode im Schweißstromkreis liegt, und dessen Anode mit der Schweißelektrode verbunden ist.The invention consists in that, in a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning, the capacitor is a polarized capacitor that is in series with the electrode in the welding circuit, and its Anode is connected to the welding electrode.

Diese Schaltungsanordnung besitzt in erster Linie zwei wesentliche Vorteile. Einerseits wird ein sicheres Zünden des Lichtbogens in kaltem Zustande der Elektrode, beispielsweise mit Hilfe einer überlagerten Hochfrequenz, dadurch ermöglicht, daß die bei kalter Elektrode nahezu ausschließlich auftretenden Halbwellen des Schweißwechselstromes, bei denen die Elektrode positiv ist, ungehindert den Kondensator passieren können, ohne daß dieser aufgeladen wird. Andererseits besitzt der gepolte Kondensator eine stabilisierendeThis circuit arrangement has two main advantages. On the one hand it becomes a safe one Ignition of the arc when the electrode is cold, for example with the aid of a superimposed High frequency, which enables the half-waves that almost exclusively occur when the electrode is cold of the alternating welding current, in which the electrode is positive, can pass through the capacitor unhindered without it being charged. On the other hand, the polarized capacitor has a stabilizing effect

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 umgekehrten Richtung nicht aufgeladen wird, keine zusätzliche Unterstützung durch diesen erhält.Effect. This capacitor becomes positive in the half-cycle in which the electrode is negative charged and at the next half-wave, which burns worse in itself and in which the electrode is positive, discharged across the arc, the voltage of the capacitor becoming the voltage of the welding transformer added up. This stabilizes the worse burning half-wave, while the other, half-wave that burns better, but is less favorable for the quality of the welding process, that the capacitor is not charged in the opposite direction, no additional support received through this.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben:Further details and advantages of the invention are shown schematically in the figure with reference to the Embodiment described:

Bei der in der Figur dargestellten Schaltungsanordnung ist die Sekundärseite des Schweißtransformators 1 einerseits mit dem Werkstück 2 und andererseits über den gepolten Kondensator 3 mit der Elektrode 4 verbunden. An Elektrode 4 und Werkstück 2 liegt außerdem ein Zündgerät 5, beispielsweise ein Hochfrequenzzündgerät oder ein Impulsgenerator.In the circuit arrangement shown in the figure, the secondary side of the welding transformer is 1 on the one hand with the workpiece 2 and on the other hand via the polarized capacitor 3 with the electrode 4 tied together. An ignition device 5, for example a high-frequency ignition device, is also located on electrode 4 and workpiece 2 or a pulse generator.

Der Kondensator 3 wird durch einen Entladewiderstand 6 überbrückt, der den Kondensator 3 nach Abschalten des Lichtbogens entlädt. Der Kondensator 3 mit dem Widerstand 6 kann selbstverständlich auch in der Leitung zum Werkstück 2 liegen. Der Kondensator 3 ist derart gepolt, daß er sich bei Stromrichtung von der Kathode 7 zur Anode 8 nicht auflädt. In dieser Richtung besitzt der Kondensator nur einen geringen ohmschen Widerstand. Bei Stromrichtung von Anode 8 zur Kathode 7 lädt er sich jedoch auf. Die Anode 8 ist mit der Elektrode 4 verbunden.The capacitor 3 is bridged by a discharge resistor 6, which the capacitor 3 after Switching off the arc discharges. The capacitor 3 with the resistor 6 can of course also be used in the line to workpiece 2. The capacitor 3 is polarized such that it differs from the direction of current Cathode 7 to anode 8 does not charge. In this direction the capacitor has only a low ohmic resistance. With current direction from anode 8 to Cathode 7, however, charges itself. The anode 8 is connected to the electrode 4.

Bei kalter Elektrode 4 und kaltem Werkstück 2 tritt während und nach dem Zünden zunächst lediglich ein I lalbwellenstrom auf, bei dem die Elektrode 4 positiv ist und der von der Scku.idürseite des Schweißtransformalors 1 über die Kondensatorstrecke Kathode 7, Anode 8, Elektrode 4 und Werkstück 2 zurück zur Sekundärsei'.e des Schweißtransformators 1 fließt. Durch die Ermöglichung dieses Stromflusses kann der Lichtbogen leicht, beispielsweise mit Hilfe des Zündgeräles 5, gezündet werden.When the electrode 4 and the workpiece 2 are cold, initially only occurs during and after ignition I half-wave current, at which the electrode 4 is positive and that of the Scku.idürseite of the welding transformer 1 via the capacitor path cathode 7, anode 8, electrode 4 and workpiece 2 back to the secondary side of the welding transformer 1 flows. By allowing this flow of current, the arc can easily, for example with the help of the Zündgeräles 5, are ignited.

Sobald im Bereich der Schweißstelle hinsichtlich der Temperatur stationäre Verhältnisse vorliegen, oder auch schon vorher, wenn beispielsweise die Temperaiur der Elektrode 4 genügend hoch ist, tritt beim Schweißen vieler Werkstoffe eine Gleichstromkomponente im Schweißstromkreis auf, die jedoch den Kondensator 3 nicht passieren kann, da sie vom Werkstück 2 zur Elektrode 4 gerichtet ist. Darüberhinaus wird durch den Kondensator 3 noch derjenige Halbwellenstrom gegenüber dem entgegengesetzten verstärkt und dadurch stabilisiert, der von der Elektrode 4 zum Werkstück 2 gerichtet und von Natur aus schwach ist. Dies geschieht dadurch, daß sich der Kondensator 3 nur einseitig auf- und entlädt, so daß sich deshalb seine Spannung zur Spannung des Schweißtransformators 1 nur dann addiert, wenn die an sich schlechter brennende Halbwelle durch den Lichtbogen geht.As soon as the temperature in the area of the weld is stationary, or even beforehand, when the temperature of the electrode 4 is sufficiently high, for example, occurs during welding many materials have a direct current component in the welding circuit, which however, the capacitor 3 cannot happen because it is directed from workpiece 2 to electrode 4. In addition, the Capacitor 3 still amplifies that half-wave current compared to the opposite and thereby stabilized, which is directed from the electrode 4 to the workpiece 2 and is inherently weak. this happens in that the capacitor 3 only charges and discharges on one side, so that its voltage therefore becomes The voltage of the welding transformer 1 is only added if the worse burning itself Half-wave goes through the arc.

Bei der Schaltungsanordnung wird ferner in vorteilhafter Weise der Kondensator 3 durch einen Entladewiderstand 6 überbrückt. Dieser entlädt den Kondensator 3 nach Unterbrechung des Lichtbogens in ungefähr einer Sekunde.In the circuit arrangement, the capacitor 3 is also advantageously provided by a discharge resistor 6 bridged. This approximately discharges the capacitor 3 after the arc is interrupted a second.

Die Schaltungsanordnung eignet sich für alle L.ichtbogenschweißverfahren mit Wechselstrom. Sie kann demnach mit Vorteil verwendet werden beim Schweißen mit nicht abschmelzender Elektrode mit oder ohne Schutzgas und mit oder ohne Zusatzdraht.The circuit arrangement is suitable for all arc welding processes with alternating current. she can therefore be used with advantage when welding with a non-consumable electrode or without shielding gas and with or without additional wire.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Circuit arrangement for arc welding with alternating current and non-consumable electrode, in particular of aluminum, with a capacitor lying in the welding circuit for Suppression of a direct current component occurring during welding, thereby characterized in that the capacitor (3) is a polarized capacitor in series with the The electrode (4) is in the welding circuit and its anode (8) is connected to the electrode (4).