DE1904267A1

DE1904267A1 - Einrichtung zum selbsttaetigen Lichtbogen-Punktschweissen

Info

Publication number: DE1904267A1
Application number: DE19691904267
Authority: DE
Inventors: Weman Dipl-Ing Klas Bertil
Original assignee: KJELLBERG ESAB GmbH; KJELLBERG-ESAB GmbH
Current assignee: ESAB GmbH
Priority date: 1968-02-08
Filing date: 1969-01-29
Publication date: 1969-09-04
Also published as: NL159902B; CH495809A; FR2001555A1; AT291394B; SE325765B; BE728091A; NL6901951A; ES363312A1; DK134100B; GB1196725A; DK134100C; DE1904267B2; DE1904267C3; NL159902C; US3569663A

Description

DIPL.-INe. DR. IUR. DIPL.-ΙΝβ. VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück, den 27. Januar 1969

MOSERSTRASSE 2O/24

VB/Ba

Firma Kjellberg-Esab GmbH.

565 SOLIUGEN, Beethovenstraße 135-136

Einrichtung zum selbsttätigen lichtbogenpunktschweißen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Lichtbogen-Punktschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode, welche mittels eines "Vorschubwerkes mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird, wobei zum selbsttätigen Löschen des Lichtbogens nach einer vorbestimmten Schweißdauer ein Zeitmeßstromkreis, welcher beim Beginn des Schweißvorganges durch Mittel, welche von. einer elektrischen Größe des Schweißstromkreises gesteuert werden, gestartet wird, i

sowie durch den Zeitmeßstromkreis gesteuerte Mittel zum Abstellen des Vorschubs der Elektrode, vorzugsweise auch zum Ausschalten, der Schweißstromquelle vorgesehen sind.

Einrichtungen dieser Art sind an sich 'bekannt. Als Beispiel mag eine Einrichtung ei-wähnt werden, bei welcher

ein durch, den Schweißstrom erregtes Relais die feieklung eines Spannungsrelais zwischen die Elektrode und das Werkstück einschaltet, wobei die Empfindlichkeit des Spannungsrelais derart abgepaßt ist, daß das Relais auf die Bogenspannung, nicht aber auf niedrigere .Spannungen anspricht und den Zeitmeßstromkreis startet, welcher dann, nach einer vorbestimmten Zeitdauer den Schweißvorgang unterbricht.

Bs hat sich erwiesen, daß mit den bekannten Einrichtungen, die erforderliche Güte und Gleichförisijkext der Punktschweißungen nicht immer gewährleistet wird« Es kommt z.B. unter Umständen vor, daß in einer Reihe von Punktschweißungen einige Schweißungen tadellos, die übrigen aber ungenügend sind. Die Erfindung, welche die Beseitigung solcher Störungen bezweckt, geht von der durch ein eingehendes Studium der Einzelheiten des Schweiß— Vorgangs gewonnenen Erkenntnis aus, daß die vorliegenden Schwierigkeiten vor allem durch vorübergehende, während des Beginns des Schweißvorgangs auftretende Unterbrechungen des Schweißstroms verursacht werden. 'Der Erfinder hat somit erkannt, daß es zur Yerbesserung der Ergebnisse erforderlich ist, Mittel vorsuselien, durch welche gegebenenfalls auftretenäe Unterbrechungen des Schweißstroms berücksichtigt oder ausgeglichen werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sieli dadwccli

909836/1055

aus, daß der vorzugsweise, als Ladestromkreis eines Kondensators ausgebildete Zeitmeßstromkreis ein vom Schweißstrom gesteuertes, schnellwirkendes Schaltglied enthält, damit nach dem einleitenden Schließen des Schweißstroms gegebenenfalls auftretende, vorübergehende Unterbrechungen des Schweißstromes entsprechende Unterbrechungen des Zeitmeßvorganges mit sich bringen. Es wird hierdurch eine verbesserte Annäherung der vom Zeitmeßstromkreis gemessenen Zeitdauer an. die tatsächliche Schweißdauer und somit eine verbesserte Gleichförmigkeit und Güte der hergestellten Schweißungen erreicht.

Als schnellwirkendes Schaltglied ist in dieser Verbindung ein Schaltglied zu verstehen, dessen. Ansprechdauer sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten höchstens 10 ms beträgt. Die bekannten sogenannten Zungenrelais, deren Ansprech- und Abfallzeit von der Größenordnung 1 ms ist, sind für den Zweck der Erfindung sehr geeignet. Es ist auch möglich, elektronische Schaltglieder zu verwenden, mit denen sich bekanntlich noch viel kürzere Ansprechzeiten erreichen lassen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch ein Lichtbogen-Punktschweißgerät gemäß der Erfindung. Pig. 2 zeigt OBzillographische Aufnahmen des Schweißstromes und der

909836/10 55

Elektrodenvorschubgeschwindigkeit bei der Einrichtung gemäß Fig. 1. Pig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand eines Schaltschemas, welches eine Abänderung des unterhalb der Linie x-x liegenden. !Heiles des in Pig. 1 gezeigten Schaltschemas darstellt.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 wird eine drahtförmige Elektrode 1 von Yorschubrollen 2 durch ein. Kontaktrohr 3 hindurch gegen die durch eine Punkt schweißung miteinander zu verbindenden, einander überlappenden Bleche 4,5 vorgeschoben. Das Kontaktrohr 3, welches in bekannter Weise durch nicht gezeigte Halteglieder in einem bestimmten Abstand vom Bleche 4 gehalten wird, ist von einer Schutzgaedüse 6 umgeben, welche mit Schutzgas von einer Schutzsgasquelle 7 über ein Magnetventil 8 versorgt wird. Die Vorschubrollen werden von einem Gleichstrommotor 9 angetrieben. Die Feldwicklung 10 des Motors wird mit. gleichgerichtetem Strom durch eine Gleichrichterbrücie 11 versorgt, welche wechselstromseitig an die Klemmen 14,15 einer nicht gezeigten. Wechselstromquelle durch Sammelschienen 12,13 angeschlossen ist. Die eine Bürste des Motors ist an den Umschaltkontakt a eines Relais A angeschlossen. In der gezeigten. Ruhelage schließt der Umschaltkontakt einen den. Bremswiderstand 16 enthaltenden. Bremsstromkreis des Ankers des Motors 9. In der Arbeitslage des Umschaltkontakts a ist der Anker an die Gleichstromklenraien einer

909836/1055

19Q4267

Gleichrichterbrücke 17 angeschlossen, welche wechselstromseitig von. einem an die Sammelschienen 12,13 angeschlossenen Spartransformator 18 gespeist wird, dessen Ausgangsspannung zur Einstellung der Motordrehzahl und somit auch der Vorschubgeschwindigkeit einstellbar ist. Die schematisch gezeigte Schweißstromquelle 19 kann z.B. eine an ein Drehstromnetz R,S,T angeschlossene Transformator-G-leichriclitereinheit mit schwach abfallender Belastungskennlinie sein. Der eine Schweißstromleiter L1 ist an. das Kontaktrohr 3 über die Wicklung eines Schweißs'tromrelais B angeschlossen. Der andere Schweißstromleiter 12 ist an das Werkstück 4,5 angeschlossen. Das Schweißstromrelais ist sowohl beim Ansprechen als auch beim Abfall schnellwirkend und ist vorzugsweise als Zungenrelais ausgeführt. Bin. Zungenrelais zeichnet sich bekanntlich dadurch aus, daß die Kontaktglieder aus magnetischem Werkstoff bestehen und gleichzeitig ■ Teile des' magnetischen Kreises des Relais darstellen. Zum Schließen und Unterbrechen des Schweißstromkreises dient ein Schütz E, dessen mit der Wicklung 21 des Magnetventils 8 parallel geschaltete Wicklung an die Sammelschienen 12,13 durch den. Arbeitskontakt c2 eines Startrelais 0 anachließbar ist. Die Wicklung des Startrelais ö ist mit einem Kondensator 22 parallel geschaltet, welcher eine gewisse Abfallverzögerang des Relais bewirkt, und wird von einem von. der GleiohrichterbrUeke

909BSGMuSa

gleichgerichteten Strom erregt. Die Wechselstromversorgung der Gleichrichterbrücke erfolgt durch einen Stromkreis von der einen Sammelschiene 12 über einen manuell betätigbaren Startschalter 24, ein. Handschalter 25 in. der Stellung "P^w, den Kontakt d des Relais D und die G-leichrichterbrücke 23 zur Sammelschiene 13. Es wird im Folgenden vorausgesetzt, daß der Schalter 25 ständig in. der lage "P" (^MPunk-tschweißen") steht. In. der Lage "K" ("Kontinuierliches Schweißen") ist das Gerät für den in diesem Zusammenhang nicht zu betrachtenden !Fall des Lichtbogen-Nahtschweißens angepaßt.

Der Arbeitskontakt b_ des Relais B schließt einen Ladestromkreis des Kondensators 26. Der Ladestromkreis verläuft von. der Plusklemme der GIeichrichterbrücke 27 über die "Widerstände 28 und 29, den Arbeitskontakt b_, den. . einstellbaren. Widerstand 30 und den. Kondensator 26 zur Minusklemme der Gleichrichterbrücke 27. Der Wechselstromkreis der Gleichrichterbrücke 27 verläuft von der Sammelschiene 12 durch den geschlossenen Startschalter 24, den Schälter 25 in der Lage "P" und die Gleichrichterbrücke 27 zur anderen. Sammelschiene 13. Her Widerstand 28 und der Kondensator 31 stellen ein Glättungsfilter dar. Mit der Reihenschaltung des Relaiskontakts b, des ί einstellbaren Widerstandes 30 und des Kondensators 26 ist ein Zenerdiod 32. parallel geschaltet ₉ die zum Auf-

9 0 9 83 6/ ΐΊΓδδ ——■

Aufrechterhalten einer konstanten Spannung über der genannten Reihenschaltung während des Ladevorganges dient. Parallel mit der Zenerdiode 32 liegen zwei weitere Stromzweige, und zwar einerseits die Reihenschaltung einer Doppelbasisdiode (engl. "unijunction transistor") 33 mit einem Widerstand 36, andererseits die Reihenschaltung einer Diode 37 mit einem Thyristor 38. Der Thyristor 38 ist außerdem in Reihe mit der Parallelschaltung der Wicklung des Relais D und des Widerstandes 40 direkt über den Kondensator 31 angeschlossen. Die mit dem Widerstände 30 verbundene Seite des Kondensators 26 ist außerdem mit dem Emitter der Doppelbasisdiode 33 verbunden. Die eine Basis 35 ("Basis eins") der Doppelbasisdiode ist mit der Steuerelektrode des Thyristors 38 durch einen Begrenzungswider stand 39 verbunden.

Sowohl die Doppelbasisdiode 33 als der Thyristor 38 sind nichtleitend, solange die Spannung des Kondensators 26 kleiner ist als die Scheitelspannung der Doppelbasisdiode. Wenn dieser Spannungswert erreicht wird, wird die Doppelbasisdiode leitend, so daß sich der Kondensator 26 über den Widerstand 36 entladet. Die über den Widerstand. 36 dabei auftretende Spannung zündet den. Thyristor 38, wobei das Relais D durch einen Stromkreis von der Plusklemme der Gleichrichterbrücke 27 über den. Widerstand 28, die Wicklung des Relais D und den Thyristor 38 zur Minusklemme der Gleichrichterbrücke erregt wird. Die auf die Doppelbasis-

909836/1055

diode einwirkende Spannung bleibt, solange der Thyristor 38 leitend ist, sehr klein. Die Doppelbasisdiode bleibt deshalb leitend, bis die Spannung des Kondensators 26 auf einen sehr niedrigen Betrag abgefallen ist.

Das Gerät arbeitet in der folgenden Weise: Nachdem das Kontaktrohr 3, welches z.B. einen Teil einer Schweißpistole darstellen kann, in die Arbeitslage in. Bezug auf die Schweißstelle gebracht worden ist, betätigt der Schweißer den Startschalter 24. Das Startrelais C wird dabei durch den oben beschriebenen Stromkreis erregt und schließt seine Arbeitskontakte c_1 und £2. Der Eontakt £2 schließt einen Erregungsstromkreis der Wicklung 21 des Magnetventils 8 und der Wicklung des Schützes E, so daß das Schutzgas zugeführt und die Schweißspannung an die Kontaktröhre 3 angeschlossen wird. Der Kontakt £1 schließt den Erregungsstromkreis des Relais A, dessen Umschaltkontakt a dabei in die Arbeitslage umgestellt wird und den Arbeitsstromkreis des Ankers des Motors 9 schließt. Der Motor läuft an, so daß der Vorschub der Elektrode 1 gegen das Werkstück anfängt. Wenn die Elektrode das Werkstück berührt, wird ein Kurzschlußstrom eingeleitet, der das Schweißstromrelais B erregt, wobei das Relais schnell anspricht und durch seinen Kontakt b den. Ladestromkreis des Kondensators 26 sehließt Die Kondensatorspannung wächst dabei mit einer von der Größe des einstellbaren Widerstandes 30 abhängigen

909836/1055

Geschwindigkeit. Der Kurzschluß des Schweißstromkreises wird nach einer kurzen Zeit dadurch aufgehoben, daß das !Drahtende abschmilzt und der Lichtbogen, gezündet wird. Wenn während der Ladedauer des Kondensators der Schweißstrom dadurch unterbrochen, wird, daß die Zündung fehlschlägt oder der Lichtbogen nach der Zündung wieder erlischt, fällt das Schweißstromrelais B wieder ab und öffnet seinen Kontakt b, so daß das Laden, des Kondensators unterbrochen wird. Die Kon.den.saty:?spannung wird somit lediglich im Verhältnis zu der Zeit wachsen, während welcher im Schweißstromkreis tatsächlich ein Strom fließt. Der Widerstand 30 ist so eingestellt, daß die Zeitdauer des Anwachsens der Kondensatorspannung auf die Scheitelspannung der Doppelbasisdiode mit der zur Herstellung einer einwandfreien Punktschweißung bei den gegebenen Schweißbedingungen benötigten. Zeitdauer Übereinstimmt. Die Einstellungsvorrichtung des Widerstandes 30 ist zweckmäßig mit einer Zeitskala versehen, welche die eingestellte Ladezeit direkt angibt. Die einer gegebenen Schweißaufgabe entsprechende Einstellung wird zweckmäßig einer an Hand von Schweißversuchen errichteten. Tabelle entnommen.

Wenn, die Spannung des Kondensators 26 die Scheitelspannung der Doppelbasisdiode erreicht, wird die Doppelbasisdiode leitend, wobei der Kondensator in der bereits beschriebenen Weise entladen wird und das Relais D anspricht. Sein Ruhrkontakt <3 öffnet dabei den. Erregungsatromkreis der Relais A.

909836/1055

19Q4PR7

und C. Das Relais A fällt ab, wobei sein Umschaltkontakt a in die Ruhelage umgestellt wird und den Bremsstromkreis des Motors 9 schließt. Der Motor wird dadurch schnell zum Stillstand gebracht. Das Relais C fällt mit Terzögerung ab, wobei sein Arbeitskontakt £2 den Erregungsstrom der Magnetventilwicklung 21 und des Schützes E unterbricht. Das Magnetventil 8 wird geschlossen, und der Kontakt £ des Schützes wird geöffnet. Der Startkontakt 24 kann jetzt wieder geöffnet v/erden.

Fig. 2 stellt den zeitlichen Ablauf des Scliweißstroms und der Vorschubgeschwindigkeit bei zwei verschiedenen Schweißversuchen dar. Bei dem ersten Versuche trat kurz nach der Zündung des Lichtbogens eine stromlose Pause £ ein. Bei dem zweiten Versuche traten, zwei stromlose Pausen jy\_f p_2 auf. Durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung wird erreicht, daß die "Stromzeit¹» T₁ -ό bzw. T₂ -(pj + j>2) in beiden Fällen die gleiche ist. Die gezeigten Kurven wurden beim Iiichtbogen-Punktschweißen von zwei Blechen aus Kohlenstoffstahl mit einer Dicke von 0,6 mm aufgenommen. Der Elektroden durchmesser betrug 0,8 mm. Als Schweißstromquelle wurde ein. Schweißgleichrichter mit der Leerlaufspannung 32 V und mit schwach abfallender Belastungskennlinie (0,04 V/A) verwendet.

Bei der in Pig. 3 gezeigten, abgeänderten Einrichtung hat der Kondensator 41 dieselbe Aufgabe wie der Kondensator 26

909836/1055

19Q42R7

der Pig. 1. Der ladestromkreis des Kondensators 41 enthält außer den in Pig. 1 gezeigten Gliedern einen Transistor 42, dessen Emitterspannung ein durch den. Spannungsteiler 43 abgegriffener Teil der zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück wirksamen Spannung ist. Der Spannungsteiler ist derart eingestellt, daß beim Auftreten der Bogenjspannung zwischen. Elektrode und Werkstück die abgegriffene Spannung dem Schwellenwert der Emitterspannung entspricht. Oer Transistor bleibt somit nichtleitend, bis die Bogenspannung im Schweißstromkreis auftritt. Daraus folgt, daß das laden des Kondensators 41 des Zeitmess-Stromkreises nur dann fortgeht, wenn ein. Schweißstrom fließt und ein Lichtbogen, zwischen der Elektrode und dem Werkstück brennt. Es werden, von der Zeitmessung nicht nur, wie bei der Einrichtung gemäß Pig. 1, die stromlosen Pausen, sondern auch die Kurzschlußperioden ausgenommen, d.h. solche Perioden, während welcher ein Schweißstrom fließt, aber kein Bogen brennt. Man erreicht hierdurch grundsätzlich eine vollkommenere Steuerung als mit der Einrichtung gemäß Pig. 1. Es hat sich jedoch erwiesen, daß auch die Einrichtung gemäß Pig. 1 praktisch einwandfrei arbeitet. Diese Tatsache erklärt sich dadurch, daß die Kurzschlußperioden kurz sind bzw.' daß ihre bei verschiedenen Gelegenheiten, sich ergebenden Gesamtlängen meistens nicht wesentlich voneinander abweichen.

909836/1055

Claims

19042R7 - 12 Patentansprüche

1. Einrichtung zum selbsttätigen Lichtbogen-Punktschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode, welche mittels eines Vorschubwerkes mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird, wobei zum selbsttätigen Löschen, des Lichtbogens nach einer angemessenen Schweißdauer ein. Zeitmeßstromkreis, welcher beim Beginn des Schweißvorganges durch Mittel, welche von. einer elektrischen Größe des Schweißstromkreises gesteuert werden, gestartet wird, sowie durch den. Zeitmesstromkreis gesteuerte Mittel zum Abstellen des Vorschubes der Elektrode, vorzugsweise auch zum Ausschalten der Schweißstromquelle, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise als Ladestromkreis eines Kondensators ausgebildete Zeitmeßstromkreis ein vom Schweißstrom gesteuertes, schnellwirkendes Schaltglied enthält, damit nach dem einleitenden Schließen des Schweißstroms gegebenenfalls auftretende, vorübergehende Unterbrechungen des Schweißstroms entsprechende Unterbrechungen des Zeitmeßvorgangs bewirken.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitmeßstromkreis ein mit dem genannten. Schaltglied in Reihe liegendes, von der Schweißspannung in der Weise gesteuertes Schaltglied enthält, daß dieses Schaltglied nur dann geschlossen ist, wenn die Schweißspannung mindestens die Höhe der Bogenspannung erreicht, damit gegebenenfalls auftretende, vorübergehende Kurzschlüsse ebenfalls ent-

909836/1055

sprechende Unterbrechungen des Zeitmeßvorgangs mit sich bringen.

909836/10S5