DE1814071A1

DE1814071A1 - Verfahren und Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweissen mittels Wechselstrom

Info

Publication number: DE1814071A1
Application number: DE19681814071
Authority: DE
Inventors: Doxey Brian Cecil
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1967-12-19
Filing date: 1968-12-11
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1241959A

Description

The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House, London, W.6, England

Verfahren und Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen mittels Wechselstrom

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen mittels Wechselstrom, gemäß welchem der jeweils während des Nulldurchganges des Schweißstromes jeweils von selbst erlöschende Lichtbogen anschließend jeweils wieder selbsttätig gezündet wird. Solche Verfahren eignen sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich zum elektrischen Schweißen von Aluminium mittels eines durch Argon abgeschirmten Lichtbogens, der durch Wechselstrom aufrecht-

009884/0969

1 18U071

erhalten wird·.

Bei solchen mit Wechselstrom betriebenen Schweiß- -stromkreisen ist es üblich, den Lichtbogenstrom wesentlich hinter der Leerlaufspannung hereilen zu lassen. Einige Grade Nacheilung sind erforderl ich, um sicherzustellen, daß an die Lichtbogenstrecke jeweils eine zur erneuten ZUndung des Lichtbogens ausreichende Leerlaufspannung anliegt, wenn der Schweißstrom von einer negativen Halbwelle zu seiner positiven Halbwelle hin den Nullwert durchläuft und der Lichtbogen hierdurch abreißt. Um dies mittels bekannter Einrichtungen zu erreichen, sind Schweißtrans formatoren erforderlich, welche in manchen Fällen eine Leerlaufspannung von über lOOV liefern müssen, damit die bei erloschenem Lichtbogen an der Lichtbogenstrekke anliegende Spannung so hoch ist, daß der Lichtbogen jeweils selbsttätig wiederzündet. Diese Spannung liegt weit oberhalb derjenigen Spannung, welche normalerweise zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderlich ist, was zu unwirtschaftlichen Einrichtungen führt, da sowohl der Transformator als auch die zugehörige Drossel größer sein müssen als dies für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderlich ist.

Dieses Problem versuchte man bereits dadurch zu lösen, . daß man an die Lichtbogenstrecke eine hochfrequente Spannung

0011*4/0169

18H071

anlegt, deren Amplitude ausreichend ist, um die Lichtbogenstrecke zu überbrücken und hierdurch diese Lichtbogenstrecke jeweils wieder zu ionisieren. Eine solche Lösung ist jedoch nicht zufriedenstellend, da sie über eine große Bandbreite hinweg zur Erzeugung von elektrischen Störgeräuschen führt, welch letztere der. Nachrichtenverkehr stören.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, beim elektrischen Lichtbogenschweißen mittels Wechselstrom bei normalem zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderlichere Schweißstrom jeweils ein erneutes Zünden des Lichtbogens zu erreichen, wenn dieser, währenddem der Schweißstrom seinen Kuliwert durchläuft, von selbst erlischt, cane daß hierbei in das elektrische Strom- bzw. Nachrichtennetz elektrische Störgeräusche abgegeben werden.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen mittels Wechselstrom aus, gemäß welchem jeweils während des Nulldurchganges des Schweißstromes jeweils von selbst erlöschende Lichtbogen anschließend jeweils wieder gezündet wird. Ein derartiges Verfahren ist gemäß der Erfindung dadurch

009884/0369

18U071

gekennzeichnet, daß Jeweils nach dem jeweiligen Nulldurchgang des Schweißstromes die Lichtbogenstrecke mit einem Spannungsimpuls von einer Premdspannungsquelle her beaufschlagt wird, dessen Amplitude zum jeweils erneuten Zünden des Lichtbogens ausreicht.

Die Erfindung beinhaltet außerdem eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Schweißstromkreis ein Hilfsstromkreis zugeordnet ist, der jeweils nach Erlöschen des Lichtbogens infolge der Nulldurchgänge des Schweißstromes einen die Lichtbogenstrecke durchschlagenden Spannungsimpuls abgibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 Ein Schaltschema einer Einrichtung

nach der Erfindung, wie sie beispielsweise zum Lichtbogenschweißen von Aluminium unter Abschirmung des Lichtbogens durch Argon Anwendung finden kann,

009884/0969

ΐϊ »■!«■■■■'■ »^:»!»! F.:!'·.¹

Pig. 2 die Wellenform der an einer in '

Pig. I dargestellten Drossel anliegenden Spannung, wenn sich ein ebenfalls in Pig. I dargestellter Kondensator über diese Drossel entlädt, und

Pig. 3 die Wellenform des durch die genannte

Drossel durchfließenden Stromes unter den gleichen Bedingungen wie bei der Darstellung in Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird von einem Wechselstrom- Netzanschluß E her erregt. Die Netzspannung liegt einerseits an der Primärwicklung eines Haupt transformator 2 und andererseits an der Primärwicklung eines Hilfstransformators 4 an.

Der durch die über der Wicklung des Haupttransformators anstehende Spannung erzeugte Strom fließt über eine Drossel 6 zu einer sich nicht verbrauchenden Elektrode 8, welche unter Bildung einer Lichtbogenstrecke 12 mit Abstand relativ zu einem Werkstück 10 angeordnet ist.

An die Sekundärwicklung des Hilfstransformators 4 ist eine Zweiweggleichrichterbrücke 14 angeschlossen. Der sich

- 5 -009884/0969

18H071

hieraus ergebende, gleichgerichtete Wechselstrom fließt von dieser Gleichrichterbrücke 14 über einen Widerstand Rl zu einem Thyristor T, welcher zwischen den Widerstand Rl und die eine Anschlußseite der Drossel 6 geschaltet ist.

In Nebenschluß zu der Drossel 6 liegt ein Ladekondensator Cl, welcher sich nach seiner Ladung jeweils dann v/ieder über die Drossel 6 entlädt, wenn der Thyristor T auf Durchlaß geschaltet wird.

Parallel zu dem Kondensator Cl liegt ein Strompfad, der sich aus einem weiteren Kondensator C2 und einem mit diesem in Reihe liegenden Gleichrichter D sowie einem parallel zu diesem weiteren Kondensator C2 liegenden Widerstand R2 zusammensetzt.

Die Lichtbogenstrecke 12 wird durch eine an ihre beiden Anschlüsse angeschlossene Primärwicklung eines Impulstransformators 16 überbrückt, dessen Sekundärwicklung mit ihrem einen Anschluß auf dem gleichen Spannungspotential wie die Schweißelektrode 8 liegt, während der andere Anschluß dieser Sekundärwicklung an die Schalt- bzw. Steuerelektrode des Thyristors T angeschlossen ist.

Der Hilfstransformator 4, die Gleichrichterbrücke 14 und der Widerstand Rl stellen zusammen den Ladestromkreis

- β - 009884/09 69

> 18H071

für den Kondensator Cl dar.

Wenn der Lichtbogen jeweils während der Nulldurchgänge des über die Lichtbogenstrecke 12 fließenden Stromes in Richtung von dessen negativer Halbwelle zu dessen positiver Halbwelle erlischt, steigt die an der Lichtbogenstrecke 12 anliegende Spannung steil auf die zu diesem Zeitpunkt von dem Haupttransformator 2 erzeugte Leerlaufspannung an. Dieser plötzliche Spannungsanstieg erzeugt in der Sekundärwicklung des Impulstransformators 16 eine Spannung, durch welche der Thyristor T auf Durchlaß geschaltet wird, wodurch sich der Kondensator Cl über die Drossel 6 entladen kann. Die Schaltungselemente sind derart bemessen, daß sich aus der Summe der zu diesem Zeitpunkt vom Haupttransforraator gelieferten Spannung und der Spannung des sich entladenden Kondensators Cl an der Lichtbogenstrecke 12 eine Augenblicksspannung ergibt, die zum erneuten Zünden des Lichtbogens ausreicht, wonach dann der auf diese Weise erneut nrezündete Lichtbogen wiederum auf die Dauer einer Periode der Speisefrequenz Schweißstrom führt.

Nach dem Entladen des Kondensators Cl wird der Thyristor ? wieder nichtleitend. Der Kondensator Cl wird anschliessend wieder aufgeladen, wobei die Zeitkonstante des Ladestromkreises so gewählt ist, daß dieser Kondensator Cl je-

- 7 -009884/Q969

welle innerhalb einer Periode der Speisefrequenz wieder »•in· Kenrapannung erreicht. Hierdurch wirken der Kondensator Cl und sein lh« angeordneter Ladeatr irlnreis k_} 14, Rl

■i

als HiIfMtιtmkι eis zur Einspeisung einer plötzlichen, zeitlich tiagTri ITtTi. sich an der Lichtbogens trecke 12 ausbildenden Spannung solcher Amplitude, daß der Lichtbogen jeweils «leder gesundet wird, nachdem er während des Hindurchlaufens dieses Schwelßstromes durch seinen Hullpunkt erloschen

Die Droaael 6 und der Kondensator Cl bilden einen Resonanzkreis, welcher Infolge der Sperrwirkung des Thyristors T Jewell« nur während einer halben Perlode seiner Eigenfrequenz schwingt. Aus den in den Flg. 1 und 2 dargestellten wellenforeen der an der Drossel 6 anstehenden Spannung und des Jeweils während der Entladungen des Kondensators Cl durch diese Drossel hindurchflieBenden Stromes ist ersichtlich, daß der Kondensator Cl Jeweils zu Beginn des vorstehend beschriebenen Vorganges seine Energie jeweils an die Drossel 6 abgibt, welche diese Energie dann in Pore eines Magnetflusses speichert. Dieser Magnetfluß bricht anschliefend Jeweils zusaaaen und erzeugt hierdurch eine entgegengesetzt gerichtete Spannung« welche versucht, den Kondensator Cl mit entgegengesetzter Polarität wieder aufzuladen« wie dies bei eines normalen Resonanzkreis der Fall ist. Diese Gegenspannung 1st Jedoch nicht

0C98Bi/O96S

BAD ORIGfNAt

erforderlich und auch nicht erwünscht, da sie nur den soeben neu gezündeten Lichtbogen wieder zum Erlöschen bringen würde. ' Aus diesem Grunde wird gemäß der Erfindung diese Gegenspannung mittels des sich aus dem Kondensator C2, dem Gleichrichter D und dem Widerstand R2 zusammensetzenden Nebenschlußkreises unterdrückt. Der Kondensator C2 hat eine größere Kapazität als der Kondensator Cl, so daß er einen Strompfad mit nur kleinem Scheinwiderstand darstellt und sich jeweils nur auf eine niedrige Spannung auflädt. Der Gleichrichter D ist so gepolt, daß die über dem Kondensator Cl anliegende Gegenspannung je- f wells abgebaut wird. Der Widerstand R2 dient dazu, den Kondensator C2 ausreichend schnell zu entladen, bevor dieser wieder den jeweils nächstfolgenden Gegenspannungsimpuls aufzunehmen hat.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß welchem in den Spannungsstromkreis zeitlich bestimmte Spannungsimpulse eingespeist werden, sind Schweißungen mit Leerlaufspannungen bis herab auf etwa 50V und Schweiß- a

strömen bis herab auf etwa 15A möglich. Durch die Erfindung ergibt sich hierdurch der Vorteil, daß der Haupttransformator 2 und die Drossel 6 konstruktionsmäßig kleiner ausgelegt werden können und demzufolge billiger sind, als dies bei bekannten Einrichtungen der Fall ist.

009884/0969

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen mittels Wechselstrom, wobei der Jeweils während der Nulldurchgänge des Schweißstromes von selbst erlöschende Lichtbogen anschließend jeweils wieder gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nach dem jeweiligen Nulldurchgang des Schweißstromes die Lichtbogenstrecke mit einem Spannungsimpuls von einer Fremdspannungsquelle her beaufschlagt wird, dessen Amplitude zum jeweils erneuten Zünden des Lichtbogens ausreicht.

2. Verfahren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Spannungsimpulse durch Kapazitätsentladung erzeugt werden.

5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Wechselstrom-Schweißstromkreis zum Ziehen und Aufrechterhalten des Schweißlichtbogens, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schweißstromkreis (2, 6,

8, 10, 12) ein Hilfsstromkreis (4, 14, 16, Cl, C2, Rl, * ..
R2, D, T) zugeordnet ist, der jeweils nach Erlöschen des Lichtbogens infolge der Nulldurchgänge des Schweißstromes einen die Lichtbogenstrecke (12) durchschlagenden Spannungsimpuls abgibt.

- 10 009884/0969

"■■ ■^Ί" ■ ~ΐ'' '"¹P "!'I¹"!¹ ;iii!;;!!|!i|!|ff :!■?

18U071

4. Einrichtung nach Anspruch 3 zur Ausführung dee Verfahrens nach Ansprueti 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sefcwel**t*oe*rei» (2, 6, 8, 10, 12) eine alt der Lichthogenstreeke (12) in Bslbe geschaltete Drossel (6) aufweist und (tat «er Hilfsstroekreia (4, 14, 16, Cl, C2, Rl, R2, D, T) einen la Nebenschluss zu der Drossel gelegenen Kondensator (Cl>, ferner Mittel (4, 14, Rl) zur Aufladung dieses Kondensators, weiter einen In dem genannten Nebenschluß gelegenen Thyristor (T) und endlich Mittel (16) zur Schaltung dieee» Thyristor« awf Durehlai aufweist, wobei diese Schaltune jeweils dann erfolgt» wenn 4er Lichtbogen erlischt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schaltung des Thyristors (T) dienenden Mittel einen Impulstransformator (16) aufweisen, dessen Primärwicklung die Lichtbogenstrecke (12) überbrückt und

dessen SekundKrwieklung einseitig an den Steuerteil bzw. j die Steuerelektrode des* Thyristors (T) angeschlossen ist.

6. Sinrlchtuae; nach Anspruch 4 oder 5· dadurch gekennzeichnet, dal zu de* genannten Kondensator (Cl) ein weiterer Kondensator (C2) parallelgeechaltet ist, der seinerseits wieder» alt den Gleichrichter (D) in Reihe liegt.

- 11 -

D0988A/0969

18UU71

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine den erstgenannten Kondensator (Cl) jeweils aufladende Gleichrichterbrücke (14), die von einem Hilfstransformator (k) erregt wird, dessen Primärwicklung an die den Schweißstrom liefernde Stromquelle (E) angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücke (Ik) über einen Widerstand (Rl) an den erstgenannten Kondensator (Cl) angeschlossen ist und daß die Zeitkonstante des Ladestromkreises (Cl, Ik, Rl) so bemessen ist, daß der erstgenannte Kondensator jeweils innerhalb einer Periode der Speisefrequenz wieder seine Nennspannung erreicht.

- 12 -

009884/0969