DE19906039B4 - AC-Lichtbogenschweißverfahren mit Gasabschirmung und Vorrichtung, die eine verbrauchbare Elektrode verwendet - Google Patents

AC-Lichtbogenschweißverfahren mit Gasabschirmung und Vorrichtung, die eine verbrauchbare Elektrode verwendet

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Abstract

Gasabgeschirmte AC-Lichtbogenschweißvorrichtung mit verbrauchbarer Elektrode, die Gebrauch von einer verbrauchbaren Elektrode (7) macht und angepaßt ist, um eine konstante Wechselspannung zwischen der verbrauchbaren Elektrode (7) und einem Werkstück über eine Ausgangsschaltung (1–6) anzulegen, wodurch ein Tröpfchen, das an einer Spitze der verbrauchbaren Elektrode ausgebildet wird, mittels Kurzschluß übertragen wird, die aufweist:
eine Drahtzuführsteuerung (18), um die verbrauchbare Elektrode (7) mit einer im wesentlichen konstanten Rate zuzuführen,
eine Einstelleinrichtung (16) für eine Periode bzw. Dauer (TEP) einer EP-Polarität,
eine Einstelleinrichtung (17) für eine Periode bzw. Dauer (TEN) einer EN-Polarität,
eine Einstelleinrichtung (13) für eine EP-Ausgangsspannung (VEP), die während der Periode (TEP) einer EP-Polarität ausgegeben wird,
eine Einstelleinrichtung (14) für eine EN-Ausgangsspannung (VEN), die während der Periode (TEN) der EN-Polarität auszugeben ist,
eine Ausgangsspannungssteuerung (12), um die Pegel der EP- und der EN-Ausgangsspannungen (VEP, VEN) auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die von den Einstelleinrichtungen...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine AC-Lichtbogenschweißvorrichtung mit Gasabschirmung, die das Schweißen mittels Zuführung einer im wesentlichen konstanten AC-Spannung zwischen der verbrauchbaren Elektrode, die mit einer im wesentlichen konstanten Rate zugeführt wird, und einem Werkstück durchführt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Lichtbogenschweißen mit direktem Strom (DC) wird selten durch gerade bzw. direkte Polarität alleine (im folgenden als "EN-Polarität" bezeichnet) durchgeführt, weil EN-Polarität dazu neigt, einen großen Tropfen an einer Drahtspitze auszubilden, daß ein Lichtbogen instabil ist, daß große Spritzer versprüht werden und daß die Eindringtiefe flach ist. Andererseits bringt Gegenpolarität (hiernach als "EP-Polarität" bezeichnet) ein kleines Tröpfchen, einen stabilen Lichtbogen, eine tiefe Eindringtiefe. Die EP-Polarität hat einen weit verstreuten Gebrauch gefunden, weil gute Schweißergebnisse nicht nur bei Schweißen mit großem Strom verfügbar sind, bei dem eine Lichtbogenlänge groß ist, sondern auch bei sogenannten Kurzschlußübertragungsschweißen, bei dem Schweißen durchgeführt wird, indem eine Lichtbogenlänge reduziert wird und die Kurzschlußschaltung häufig wiederholt wird, und mit einem geringen Strom ein Lichtbogen erzeugt wird. Ferner wird als ein gasabgeschirmtes Lichtbogenschweißverfahren mit verbrauchbarer Elektrode und eine Vorrichtung, die von einem AC-Ausgang Gebrauch macht, eine Technologie in dem japanischen Patent Nr. 2,666,315 offenbart. Gemäß dieser Technologie werden der Pegel eines Stromes in einer Dauer der EP-Polarität und die Länge der Dauer der EP-Polarität, die die Abtrennkraft zur Verfügung stellen, die für die sanfte Übertragung eines Tröpfchens zweckmäßig ist, gemäß dem Material und dem Durchmesser eines Drahtes als einer verbrauchbaren Elektrode, der Zusammenset zung des Abschirmgases und dergleichen eingestellt und die Frequenz einer Ausgangsspannung und der Pegel eines Stromes werden in einer Dauer der EN-Polarität im Verhältnis zu einer Drahtzuführrate eingestellt. Dies ermöglicht es, den Bereich der optimalen Schweißbedingungen zu verbreitern, so daß die Wiederherstellung des Lichtbogens im Wechsel sichergestellt ist, ohne hochfrequente Pulse mit hoher Spannung oder dergleichen zu überlagern, wodurch eine stabile Gasentladungs-AC-Lichtbogenschweißung mit einer verbrauchbaren Elektrode ermöglicht wird.
  • Als eine Schweißvorrichtung, die ein stabiles AC-Lichtbogenschweißen mit Gasabschirmung mit einer verbrauchbaren Elektrode ermöglicht, ist die Schweißvorrichtung, die in dem oben aufgezeigten japanischen Patent Nr. 2,666,315 offenbart ist, mit einer Drahtzuführrateneinstelleinrichtung zum Ausgeben eines Einstellsignals für die Drahtzuführrate entsprechend dem Pegel eines Ausgangsstromes, einem Frequenzsignalgenerator für eine Ausgangsspannung, um das Drahtzuführrateneinstellsignal einzugeben und dann ein Ausgangsspannungsfrequenzsignal auszugeben, das einer Frequenz einer Ausgangsspannung entspricht, einem EP-Polaritätsdauersignalgenerator, um ein EP-Polaritätsdauererregungssignal gemäß einem Einstellsignal auszugeben, das zuvor gemäß den Bedingungen, wie etwa dem Material und dem Durchmesser eines Drahtes und der Zusammensetzung des Abschirmgases eingestellt worden ist, einem EP-Polaritätsstromsignalgenerator, um ein EP-Polaritätsstromsignal gemäß dem Einstellsignal auszugeben, einem EN-Polaritätsperiodensignalgenerator, um ein EN-Polaritätsperiodenerregungssignal auf der Grundlage des EP-Polaritätsperiodenerregungssignals als einem Eingang auszugeben, einem EN-Polaritätsstromsignalgenerator, um ein EN-Polaritätsstromsignal auf der Grundlage des Drahtzuführrateneinstellsignals als einem Eingang auszugeben, wobei das Drahtzuführrateneinstellsignal dem Ausgangsstrom entspricht, einer Ausgangsstromsteuerung, um den Pegel des EN-Polaritätsstroms und den eines EP-Polaritätsstroms auf der Grundlage des EN-Polaritätsstromsignals bzw. des EP-Polaritätsstromsignals als Eingängen zu steuern, und einer Ausgangsstromerregungsdauersteuerung versehen, um eine EN-Polaritätsstromerregungsperiode bzw. -dauer und eine EP-Polaritätsstromerregungsperiode auf der Grundlage des EN-Polaritätsdauererregungssignals bzw. der EP-Polaritätserregungsdauer als Eingängen zu steuern, wodurch ein Schweißausgang gesteuert wird.
  • Die oben beschriebene herkömmliche Technologie, die von einem AC-Ausgang Gebrauch macht, ist ein Schweißverfahren, bei dem ein Tröpfchen, das an einer Drahtspitze ausgebildet wird, in einer berührungsfreien Weise auf ein Grundmaterial übertragen wird, indem die magnetische Trennkraft verwendet wird, die durch einen EP-Polaritätsstrom mit einem kritischen Strompegel oder höher erzeugt wird. Folglich wird die Stabilität eines Lichtbogens beeinträchtigt, falls die Länge des Lichtbogens verkürzt wird und ein Kurzschließen entwickelt wird. Wenn ferner der Schweißstrompegel höher wird, das heißt, die Drahtzuführrate schneller wird, wird die Periode bzw. Dauer eines EN-Polaritätsstromes kürzer, wodurch es unmöglich gemacht wird, die charakteristischen Merkmale des Schweißens in einer EN-Polaritätsperiode zu verwenden, wie etwa eine niedrige Eindringtiefe und eine hohe Drahtschmelzrate.
  • Die EP 0 644 011 A1 offenbart ein gasabgeschirmtes AC-Lichtbogenschweißverfahren mit verbrauchbarer Elektrode, bei dem eine verbrauchbare Elektrode zur Durchführung der Schweißung mittels Zufuhr einer AC-Spannung zwischen der verbrauchbaren Elektrode und einem Werkstück eingesetzt wird. Dabei wird eine EP-Ausgangsspannung eingesetzt, die während einer Periode der EP-Polarität ausgegeben wird. Ferner wird eine EN-Ausgangsspannung verwendet, die während einer Periode der EN-Polarität ausgegeben wird. Diese wird auf einen Pegel eingestellt, der niedriger als die EP-Ausgangsspannung ist. Dabei werden die Amplituden der unmittelbar aufeinander folgenden Perioden unabhängig voneinander eingestellt, um eine Anpassung der Kurvenform an den Schweißdraht zu bewirken.
  • Aus der DE 40 23 155 C2 ist eine gasabgeschirmte AC-Lichtbogenschweißvorrichtung mit verbrauchbarer Elektrode entnehmbar, die eine verbrauchbare Elektrode verwendet. Zwischen der verbrauchbaren Elektrode und einem Werkstück wird über eine Ausgangsschaltung eine Wechselspannung angelegt, wodurch ein Tröpfchen, das an einer Spitze der verbrauchbaren Elektrode ausgebildet ist, mittels Kurzschluß übertragen wird. Dabei wird die verbrauchbare Elektrode über eine Drahtzuführsteuerung mit einer im Wesentlichen konstanten Rate zugeführt. Eine Einstelleinrichtung für eine Dauer einer EP-Polarität und eine Einstelleinrichtung für eine Dauer einer EN-Polarität sind vorhanden. Eine Einstelleinrichtung für eine EP-Ausgangsspannung, die während der Dauer einer EP-Polarität ausgegeben wird und eine Einstelleinrichtung für eine EN-Ausgangsspannung, die während der Dauer der EN-Polarität auszugeben ist, sind vorgesehen. Ferner sind eine Ausgangsspannungssteuerung, um die Pegel der EP- und der EN-Ausgangsströme auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die von den beiden vorgenannten Einstelleinrichtungen stammen, und eine Polaritätsdauersteuerung vor gesehen um die Längen der Dauern der EP- und EN-Polaritäten auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die von den Einstelleinrichtungen für die Dauern der EP- bzw. EN-Polaritäten ausgegeben werden, wodurch ein Schweißausgang gesteuert wird. Auch ist offenbart, dass ein Grundstrom vorgebbar ist, der kleiner als der Strom der EP-Polarität ist.
  • Die US 4,553,018 und die US 5,225,660 A beschreiben, wie eine Schaltung für den Grundstrom bei einem Kurzschluß-Schweißvorgang auszubilden ist. Auch mittels einer Drossel und weiteren Schaltungsteilen zum Einstellen des Grundstroms wird somit für das Wechselstrom-Kurzschlußschweißen eine zusätzliche Schaltung für den Grundstrom erwähnt.
  • Die JP 02-160 171 A offenbart ebenfalls eine AC-Lichtbogenschweißvorrichtung, die gemäß dem zuvor erörterten Stand der Technik ausgebildet ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die oben beschriebenen Probleme des herkömmlichen Standes der Technik zu lösen oder zu verringern, und insbesondere eine Vorrichtung zum AC-Lichtbogenschweißen mit Gasabschirmung zur Verfügung zu stellen die von einer verbrauchbaren Elektrode Gebrauch macht, die es möglich machen, einen stabilen Lichtbogenzustand selbst bei Schweißung mit kurzem Lichtbogen begleitet von häufigem Auftreten von Kurzschlüssen zu erhalten, und auch die AC-Frequenz und die Prozentsätze der EP und EP-Polaritätsperioden, wie gewünscht, im Verhältnis zu irgendeinem Schweißstrompegel einzustellen, wodurch die vollständige Verwendung der Vorteile des AC-Lichtbogenschweißens sichergestellt werden, das heißt, charakteristische Merkmale, wie etwa niedrige Eindringtiefe und hohe Drahtschmelzrate.
  • Die oben genannte Zielsetzung wird mittels einer Vorrichtung nach dem Anspruch 1 erreicht. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine AC-Lichtbogenschweißvorrichtung mit Gasabschirmung zur Verfügung gestellt, die eine verbrauchbare Elektrode verwendet und angepaßt ist, um eine im wesentlichen konstante alternierende Spannung zwischen der verbrauchbaren Elektrode und einem Werkstück über eine Ausgangsschaltung anzulegen, wodurch ein Tröpfchen, das an einer Spitze der verbrauchbaren Elektrode ausgebildet wird, mittels Kurzschließen übertragen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER DARSTELLUNGEN
  • 1 ist eine grafische Darstellung einer Drahtschmelzrate gegenüber einem Schweißstrom, wenn die EN-Polaritätsschweißung und die EP-Polaritätsschweißung jeweils mit der gleichen voreingestellten Spannung in einer stabilen Lichtbogenzone durchgeführt werden;
  • 2 ist eine Darstellung, die die Grundsätze der vorliegenden Erfindung zusammenfaßt;
  • 3 ist eine Blockdarstellung einer Schweißvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine Blockdarstellung einer Schweißvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine Tabelle, die Schweißergebnisse für bestimmte repräsentative Arbeitsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 ist eine Darstellung, die Einflüsse des Prozentsatzes δ der Länge einer Periode der EP-Polarität zeigt;
  • 7 ist eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen der Drahtzuführrate und einem Unterschied α in der Ausgangsspannung zwischen der EP-Polarität und der EN-Polarität zeigt; und
  • 8 stellt Ergebnisse einer dargestellten einseitigen Schweißung für eine Verkleidungsübergangsverbindung dar, wie sie bei äußerst dünnen Platten eingesetzt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND BEVORZUGTE
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Beschreibung des Prinzips des Schweißens gemäß der vorliegenden Erfindung wird zunächst gemacht.
  • Wenn Kurzschlußübertragungsschweißen durch EP-Polarität allein durchgeführt wird, während die Drahtzuführrate WF konstant aufrechterhalten wird, können Schweißcharakteristiken grob in Abhängigkeit von dem Pegel einer voreingestellten Ausgangsspannung VEP in eine Unterspannungszone, wo eine Drahtzuführrate WF höher als eine Drahtschmelzrate MREP ist, eine stabile Lichtbogenzone, wo eine Drahtzuführrate WF und eine Drahtschmelzrate MREP im wesentlichen gleich zueinander sind, oder eine Überspannungszone unterteilt werden, wo eine Drahtschmelzrate MREP höher als eine Drahtzuführrate WF ist. Gleichermaßen können, wenn Kurzschlußübertragungsschweißen durch EN-Polarität allein durchgeführt wird, die Schweißcharakteristiken grob in Abhängigkeit von dem Pegel der voreingestellten Ausgangsspannung VEN in eine Unterspannungszone, wo eine Drahtzuführrate WF höher als eine Drahtschmelzrate MREN ist, eine stabile Lichtbogenzone, wo eine Drahtzuführrate WF und eine Drahtschmelzrate MREN im wesentlichen gleich zueinander sind, oder eine Überspannungszone unterteilt werden, wo eine Drahtschmelzrate MREN höher als eine Drahtzuführrate WF ist. Jedoch ist ein passender Spannungsbereich zum Schweißen mittels EN-Polarität allein im wesentlichen der gleiche wie ein passender Spannungsbereich zum Schweißen mittels EP alleine oder ist etwas in Richtung einer niedrigeren Spannungsseite verschoben (eine Seite, die dichter zu 0 V ist; der Pegel von jeder Spannung wird hiernach durch einen absoluten Wert angezeigt). Selbst wenn Schweißen mittels EN-Polarität durchgeführt wird, macht es die Verkürzung der Länge eines Lichtbogens durch Verringerung einer Ausgangsspannung in einen derartigen Lichtbogenspannungsbereich, um ein Kurzschlußübertragungsschweißen zu erlauben, möglich, das Auftreten von großen Tropfen bedeutend ohne irgendeine wesentliche Verringerung der Stabilität des Lichtbogens zu unterdrücken, wodurch Schweißen mit flacher bzw. geringer Eindringtiefe ermöglicht wird.
  • Es wird nun auf 1 Bezug genommen, wobei hiernach eine Beschreibung über ein Verhältnis zwischen der Drahtschmelzrate und dem Schweißstrom bezüglich der Durchführung sowohl von EN-Polaritätsschweißen als auch EP-Polaritätsschweißen bei der gleichen voreingestellten Spannung in einer stabilen Lichtbogenzone gemacht wird. Die Schweißtests wurden unter Verwendung von JIS YGW12 von 0,6 mm Durchmesser als einem Draht und A + 20 % CO2 vorgemischtem Gas als einem Abschirmungsgas durchgeführt, während die Drahterstreckung bei 12 mm eingestellt war. Aus der grafischen Darstellung nach 1 ist es vorzuziehen, daß bei dem gleichen Schweißstrompegel die EN-Polarität größer in der Drahtschmelzrate als die EP-Polarität ist. Wenn das AC-Lichtbogenschweißen durchgeführt wird, indem die Ausgangsspannung bei dem gleichen Pegel sowohl bei der EN-Polarität als auch der EP-Polarität eingestellt ist, wird der Draht im Übermaß bei dem EN-Polaritätsschweißen geschmolzen und die Länge eines Lichtbogens verändert sich synchron zu dem AC-Zyklus, wodurch es unmöglich gemacht wird, eine stabile AC-Lichtbogenschweißung durchzuführen. Es wird auch vorgezogen, daß der Unterschied in der Drahtschmelzrate zwischen der EN-Polarität und der EP-Polarität dazu neigt, mit dem Schweißstrom größer zu werden.
  • Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird als nächstes unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, in der die Charakteristiken des AC-Schweißens durch Einzeichnen der Ausgangsspannungen VEP, die bei der Durchführung des Kurzschlußübertragungsschweißens mittels EP-Polarität allein eingestellt sind, entlang der Abszisse, und der Ausgangsspannungen VEN entlang der Ordinate, die bei der Durchführung des Schweißens mittels EN-Polarität allein eingestellt sind, zusammengefaßt sind.
  • Beim AC-Lichtbogenschweißen, wo EN-Polarität und EP-Polarität abwechselnd wiederholt werden, ist es nötig, die Spannung beim EP-Polaritätsschweißen bei einem passenden Pegel einzustellen, so daß die Drahtzuführrate WF und die Drahtschmelzrate MREP beim EP-Polaritätsschweißen miteinander abgeglichen werden können. Entsprechend wird das Schweißen durchgeführt, indem die Ausgangsspannung VEP auf einem passenden Pegel während des EP-Polaritätsschweißens eingestellt wird (das heißt, die Drahtzuführrate WF = der Drahtschmelzrate MREP). Falls die Ausgangsspannung VEN während des EN-Polaritätsschweißens zu niedrig oder zu hoch bei diesem Schweißen ist, wird die Drahtschmelzrate MREN während des EN-Polaritätsschweißens zu klein oder zu groß, so daß kein stabiler AC-Lichtbogen verfügbar ist. Es ist folglich nötig, die Ausgangsspannung zumindest innerhalb eines Bereiches ABCD in 2 einzustellen, wobei der Bereich ein passender Spannungsbereich ist, um Schweißen mittels EP-Polarität oder EN-Polarität alleine durchzuführen.
  • Wenn eine konstante AC-Spannung zugeführt wird, wird die Drahtschmelzrate mittels des eingestellten Pegels der Ausgangsspannung sowohl beim EP-Polaritätsschweißen als auch dem EN-Polaritätsschweißen bestimmt. Da die Drahtzuführrate WF ≈ der Drahtschmelzrate MREP < die Drahtschmelzrate MREN, wie in 1 dargestellt, ist, ergibt die Einstellung der Ausgangsspannung VEP ≤ die Ausgangsspannung VEN ein überschüssiges Schmelzen des Drahtes während des EN-Polaritätsschweißens. Die Lichtbogenlänge fluktuiert folglich synchron zu dem AC-Zyklus, wodurch es unmöglich gemacht wird, eine stabile AC-Lichtbogenschweißung durchzuführen. Folglich ist es der dreieckige Bereich, der durch die geneigten Linien in 2 angezeigt ist, das heißt, dem Bereich, wo die Ausgangsspannung VEP größer als die Ausgangsspannung VEN ist, daß ein stabiler AC-Lichtbogen aufrechterhalten werden kann. In diesem Bereich ist die Drahtzuführrate WF ≈ der Drahtschmelzrate MREP ≈ der Drahtschmelzrate MREN. Selbst wenn der Draht mit einer konstanten Rate zugeführt bzw. gespeist wird, ist es noch möglich, einen stabilen AC-Lichtbogen zu erhalten, dessen Länge keinen großen polaritätsabhängigen Fluktuationen unterliegt. Ferner wird der AC-Frequenz oder den Prozentsätzen einer Periode einer EN-Polarität und einer Periode einer EP-Polarität keine Beschränkung auferlegt.
  • Vorrichtungen, die zur Verwendung in der Praxis der vorliegenden Erfindung zweckmäßig sind, werden als nächstes auf der Grundlage der Ausführungsformen, die in den 3 und 4 dargestellt sind, beschrieben.
  • Die Schweißvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Bei der Nummer 1 ist ein Primärgleichrichter benannt, der an dessen Eingangsseite an eine handelsübliche AC-Energiequelle und an dessen Ausgangsseite an eine Eingangsseite eines primären Inverters 2 angeschlossen ist. Die Nummer 3 zeigt einen Schweißtransformator an, der an dessen Eingangsseite an einer Ausgangsseite des primären Inverters 2 und dessen Ausgangsseite an einer Eingangsseite eines zweiten bzw. Sekundärgleichrichters 4 angeschlossen ist. Der Sekundärgleichrichter 4 ist an dessen Ausgangsseite an eine Eingangsseite eines Sekundärinverters 6 über eine DC-Drossel 5 angeschlossen. Der Sekundärinverter 6 ist an dessen Ausgangsseite an einen Draht 7 und ein Basismetall 8 angeschlossen. Mit der Nummer 9 ist ein Minimalstromkompensator benannt, der eine Energiezufuhr bzw. ein Netzteil mit im wesentlichen konstanten Stromcharakteristiken ist. Der Minimalstromkompensator 9 ist an dessen Anschluß an die Eingangsseite des Sekundärgleichrichters 4 und an dessen gegenüberliegenden Anschluß an die Ausgangsseite des Sekundärgleichrichters 4 über eine Drossel 10 angeschlossen.
  • Das Bezugszeichen 11 zeigt eine PWM-Steuerung, die an deren Eingangsseite an eine Ausgangsspannungssteuerung 12 und an deren Ausgangsseite an einen Primärinverter 2 angeschlossen ist. Die Bezugszeichen 13 und 14 zeigen eine Einstelleinrichtung für eine Ausgangsspannung VEP während des EP-Polaritätsschweißens bzw. eine Einstelleinrichtung für eine Ausgangsspannung VEN während des EN-Polaritätsschweißens. Diese Einstelleinrichtungen 13, 14 sind beide an die Ausgangsspannungssteuerung 12 angeschlossen. Mit dem Bezugszeichen 15 ist eine Polaritätsperiodensteuerung benannt, die an den Sekundärinverter 6 und auch an die Ausgangsspannungssteuerung 12 angeschlossen ist. Die Bezugszeichen 16, 17 zeigen eine Einstelleinrichtung für eine Periode TEP der EP-Polarität und eine Einstelleinrichtung für eine Periode TEN der EN-Polarität an. Diese Einstelleinrichtungen 16, 17 sind beide an die Polaritätsperiodensteuerung 15 angeschlossen. Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine Drahtzuführsteuerung benannt, die einen dargestellten Motor zum Antrieb von Rollen bzw. Walzen 19 erregt.
  • Als nächstes wird eine Beschreibung des Betriebs der Schweißvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung gemacht.
  • Die Ausgangsspannungen VEP, VEN werden zuvor mittels der Einstelleinrichtungen 13 bzw. 14 eingestellt. Gleichermaßen werden Perioden TEP, TEN im voraus durch die Einstelleinrichtungen 16 bzw. 17 eingestellt. Ferner wird ein Schweißstrom auch zuvor eingestellt, indem eine Drahtzuführrate eingestellt wird. Wenn das Schweißen begonnen wird, gibt die Polaritätsperiodensteuerung 15 Signale zu der Ausgangsspannungssteuerung 12 und dem Sekundärinverter 6 aus, wann immer die Perioden abgelaufen sind, die durch die Einstelleinrichtungen 16, 17 eingestellt werden. In der Periode TEP wählt die Ausgangsspannungssteuerung 12 die Spannung aus, die an der Einstelleinrichtung 13 eingestellt ist, und in der Periode TEN wählt die Ausgangsspannungssteuerung 12 die Spannung aus, die an der Einstelleinrichtung 14 eingestellt ist. Die Ausgangsspannungssteuerung 12 gibt zu der PWM-Steuerung 11 ein Steuersignal aus, das dem Pegel der so ausgewählten Spannung entspricht. Die PWM-Steuerung 11 steuert den Primärinverter 2 in einer derartigen Weise, daß eine Spannung, die zwischen dem Draht 7 und dem Basismaterial 8 anzulegen ist, zu der Ausgangsspannung VEP oder der Ausgangsspannung VEN gleich wird. Andererseits wechselt der Sekundärinverter 6 in der Polarität mittels eines Signals von der Ausgangsspannungssteuerung 12 über. Der Minimalstromkompensator 9 dient dazu, um einen Schweißstrom davon abzuhalten, auf einen vorbestimmten Pegel oder darüber abzufallen. Ferner erzeugt die Drossel 10 eine Spitzenspannung bei Alternierung und vermeidet eine Lichtbogenunterbrechung, um eine sanfte Wiederherstellung des Lichtbogens bei der Alternierung bzw. Umkehr selbst dann sicherzustellen, wenn die Bedingungen bei der Umkehrung bzw. Alternierung wegen der Voreinstellung von relativ niedrigen Spannungen und wiederholter bzw. häufiger irregulärer Wiederholung von Kurzschließen und Lichtbogen nicht konstant werden.
  • Eigentümlicherweise macht es die Einstellung der Ausgangsspannung VEN durch die Einstelleinrichtung 14 auf einen Pegel um 1 bis 2 V niedriger als die Ausgangsspannung VEP, die an der Einstelleinrichtung 13 eingestellt ist möglich, Fluktuationen der Länge eines Lichtbogens während des Schweißens zu verringern, wobei die Fluktuationen aufgrund von Änderungen der Polarität stattfinden.
  • Die Schweißvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird als nächstes unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, in der Bestandteile des Aufbaus, die identisch zu entsprechenden Bestandteilen in 3 sind oder die gleichen Funktionen wie die entsprechenden Bestandteile in 3 haben, durch gleiche Bezugsziffern identifiziert. Eine Beschreibung von derartigen Bestandteilen wird folglich hierin vermieden. In 4 zeigt die Nummer 22 eine Einstelleinrichtung für eine AC-Frequenz fAC (= 1/(TEP + TEN) an und die Einstelleinrichtung 22 ist an eine Berechnungseinrichtung 16a für eine Periode TEP und auch an eine Berechnungseinrichtung 17a für eine Periode bzw. Dauer TEN angeschlossen. Mit der Nummer 23 ist eine Einstelleinrichtung für einen EP-Periodenzeit prozentsatz δ (= 100TEP/(TEP + TEN) benannt und die Einstelleinrichtung 23 ist an die Berechnungseinrichtung 16a und auch an die Berechnungseinrichtung 17a angeschlossen. Die Nummer 30 zeigt eine Einstelleinrichtung für eine mittlere Schweißspannung Vav an, die an die Einstelleinrichtung 13, eine Einstelleinrichtung 31 und die Drahtzuführratensteuerung 18 angeschlossen ist. Eigentümlicherweise gibt die Einstelleinrichtung 31 zu der Einstelleinrichtung 14 einen Befehlswert der Spannung ein, der durch Subtraktion von α, das durch die Einstelleinrichtung 31 eingestellt worden ist, von einer mittleren Schweißspannung Vav erhalten worden ist, die durch die Einstelleinrichtung 30 eingestellt worden ist.
  • Der Betrieb der Schweißvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird hiernach beschrieben. Durch die Einstelleinrichtungen 22, 23, 30 werden im voraus eine AC-Frequenz fAC, ein Zeitprozentsatz δ und eine mittlere Schweißspannung Vav eingestellt. Ferner wird zuvor ein Schweißstrom durch Einstellen einer Drahtzuführrate eingestellt. Wenn das Schweißen begonnen wird, gibt die Polaritätsperiodensteuerung 15 Signale zu der Ausgangsspannungssteuerung 12 und dem Sekundärinverter 6 aus, wann immer die Perioden TEP, TEN, die gemäß den unten beschriebenen Formeln durch die Rechnungseinrichtungen 16a bzw. 17a berechnet werden, abgelaufen sind. TEP = δ/100·fAC , und TEN = (100 – δ)/100·fAC .
  • Die Ausgangsspannungssteuerung 12 wählt die mittlere Spannung Vav, die durch die Einstelleinrichtung 30 eingestellt worden ist, als VEP in der Periode TEP aus oder wählt eine Spannung aus, die durch Abziehen von α, eingestellt durch die Einstelleinrichtung 31, von der mittleren Schweißspannung Vav, eingestellt durch die Einstelleinrichtung 30, als VEN in der Periode TEN erhalten worden ist; und er gibt zu der PWM-Steuerung 11 ein Steuersignal aus, das dem so ausgewählten Spannungspegel entspricht.
  • Verglichen mit der ersten Ausführungsform erfordert die zweite Ausführungsform, daß weniger Parameter eingestellt werden und folglich ist sie bei der Einstellung der Schweißbedingungen einfacher. Übrigens können die Einstelleinrichtungen 30, 31 unmittelbar an die Ausgangsspannungssteuerung 12 ohne die Anordnung der Einstelleinrichtungen 13, 14 angeschlossen werden.
  • Ferner können die mittlere Schweißspannung Vav und die Differenz α als Funktionen des Schweißstromes oder der Drahtzuführrate bestimmt werden und, wie durch die gestrichelten Linien in 4 gezeigt, können automatisch auf der Grundlage eines Signals von der Drahtzuführratensteuerung 18 eingestellt werden. Es ist zu bemerken, daß die Funktionen, die unter Bezugnahme auf 4 beschrieben worden sind, nicht erforderlich sind, um alle zusammen benutzt zu werden, können aber wahlweise, wie gebraucht, benutzt werden.
  • Schweißen wurde unter Verwendung der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Repräsentative Beispiele der Ergebnisse des Schweißens sind in 5 tabelliert. Wie es aus der Tabelle deutlich wird, wurden gute Ergebnisse des Schweißens bei sämtlichen Beispielen erhalten, obwohl der Drahtdurchmesser, die Zusammensetzung des Abschirmungsgases, die Drahtzuführrate, die AC-Frequenz fAC und der Prozentsatz δ der EP-Polaritätsperiode weithin verändert wurden.
  • Wirkungen des Prozentsatzes δ der Länge einer Periode der EP-Polarität werden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Als ein Beispiel wurde eine Schweißung einer Rippe bzw. Naht auf eine Platte auf einem zinkbeschichteten bzw. galvanisierten Stahl von 0,7 mm Dicke mittels Metallaktivgasschweißung durchgeführt. Die Schweißvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wurde verwendet. Als ein Draht wurde ein JIS YGW12-Draht mit 0,6 mm im Durchmesser verwendet. Die Drahtzuführrate wurde mit einer konstanten Geschwindigkeit von 6,7 m/Minute gesteuert. Ein vorgemischtes Gas von Ar + 20 % CO2 wurde als Abschirmungsgas zugeführt. Ferner wurde die EP-Spannung VEP bei 17,5 V, die EN-Spannung VEN bei 16,5 V, die AC-Frequenz fAC bei 3,3 Hz und der Prozentsatz δ der EP-Polaritätsperiode bei 50 % oder 17 % eingestellt. Bei jeder Schweißgeschwindigkeit führte die Auswahl des kleineren δ zu einer kleineren Bettbreite und Betteindringtiefenbreite und führte zu der Ausbildung eines konvexen Bettes bzw. Schweißnaht mit flacherer Eindringtiefe. Ferner wurde selbst ein AC-Schweißen bei δ = 50 % die oben beschriebene Tendenz kennzeichnender als die in dem Fall des herkömmlichen DC-EP-Polaritätsschweißens, das mittels durchgezogener Kurven in der Darstellung gezeigt ist.
  • Ferner wird ein Verhältnis zwischen einer Drahtzuführrate und einem Unterschied bzw. einer Differenz α (= VEP – VEN) in der Ausgangsspannung zwischen der EP-Polarität und der EN-Polarität unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Als ein Draht wurde ein YGW12-Draht mit 0,6 mm Durchmesser verwendet. Vorgemischtes Gas aus Ar + 20 % CO2 wurde als Abschirmgas zugeführt. Ferner wurden die AC-Frequenz fAC und der Prozentsatz δ der EP-Polaritätsperiode auf konstant 3,3 Hz und 50 % eingestellt. In der Darstellung zeigen Kreise mit kleinen schwarzen Bereichen ein besseres Lichtbogenverhalten. Die Werte der äußeren Spannung VEP und von α werden weit verändert. Es ist ermittelt worden, daß unabhängig von der Ausgangsspannung VEP es der Bereich von α > 0 ist, der saubere Schweißergebnisse zur Verfügung stellt. Es ist ermittelt worden, daß die obere Grenze von α mit der Drahtzuführrate ansteigt.
  • Unter Verwendung von zinkbeschichtetem Stahl bzw. von mit Zink galvanisiertem Stahl von 0,7 mm Dicke wurde eine einseitige Verkleidungsübergangsschweißung für eine einschnittige Verbindung bei einer Spaltbreite von 2 mm durchgeführt. Die äußere Erscheinung und der Querschnitt von jedem Bett bzw. Schweißnaht, die als ein Ergebnis des Schweißens ausgebildet wurden, sind in 8 gezeigt. (a) zeigt Schweißergebnisse gemäß der vorliegenden Erfindung, während (b) die Ergebnisse von der herkömmlichen CD-EP-Polaritätsschweißung zeigt. Wie es aus den Figuren einfach zu verstehen ist, ergab das einseitige Verkleidungsübergangsschweißen, das unter Verwendung der Schweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde (AC-Frequenz fAC: 3,3 Hz, Prozentsatz δ der EP-Polaritätsperiode: 50 %), für einen Überlappungsstoß die Ausbildung von einem guten Verkleidungsübergangsbett bzw. -schweißnaht ohne große Eindringtiefe zu der Rückseite. Das Bett bzw. die Schweißnaht stellt derartige Konfigurationen dar, daß absolut keine Bedenken auftauchen, die gegen ein Durchbrennen benötigt werden. Andererseits scheiterte das herkömmliche Schweißen dabei, irgendein gutes Verkleidungsübergangsbett bzw. -schweißnaht zu bilden, weil Durchbrennen stattfindet, wenn die Plattendicke äußerst klein war und die Spaltbreite ungefähr dreimal so groß wie die Plattendicke war.
  • Es ist insbesondere beschrieben, daß sich, da ein Basismetall kurz nach dem Beginn der Schweißung kalt ist (an der Position, die in der Figur durch "a" angezeigt ist), Schmelze von einem Draht auf der unteren Platte abgeschieden wird und sich graduell infolge von Oberflächenspannung bzw. -zugspannungen aufschichtet. Wenn die Schmelze eine obere Platte erreicht, werden die obere Platte und die untere Platte verbunden bzw. überbrückt, so daß eine gute Verkleidungsübergangsschweißnaht bzw. -bett ausgebildet ist. Wenn die Temperatur des Grundmetalls ansteigt, wenn die Schweißung voranschreitet, spritzt die Schmelzpfütze in einer horizontalen Richtung heraus und liegt flach. Keine Brücke wird zwischen der oberen Platte und der unteren Platte (die in der Figur mittels "b" angezeigte Position) ausgebildet. Wenn der Schweißzustand bei "a" fortgesetzt wird, wird eine überschüssig große Menge von Hitze in der unteren Platte absorbiert. Die untere Platte wird folglich dazu veranlaßt, vollständig zu schmelzen, so daß ein Durchbrennen der unteren Platte stattfindet (an der Stellung, die in der Figur durch "c" angezeigt ist).

Claims (3)

  1. Gasabgeschirmte AC-Lichtbogenschweißvorrichtung mit verbrauchbarer Elektrode, die Gebrauch von einer verbrauchbaren Elektrode (7) macht und angepaßt ist, um eine konstante Wechselspannung zwischen der verbrauchbaren Elektrode (7) und einem Werkstück über eine Ausgangsschaltung (16) anzulegen, wodurch ein Tröpfchen, das an einer Spitze der verbrauchbaren Elektrode ausgebildet wird, mittels Kurzschluß übertragen wird, die aufweist: eine Drahtzuführsteuerung (18), um die verbrauchbare Elektrode (7) mit einer im wesentlichen konstanten Rate zuzuführen, eine Einstelleinrichtung (16) für eine Periode bzw. Dauer (TEP) einer EP-Polarität, eine Einstelleinrichtung (17) für eine Periode bzw. Dauer (TEN) einer EN-Polarität, eine Einstelleinrichtung (13) für eine EP-Ausgangsspannung (VEP), die während der Periode (TEP) einer EP-Polarität ausgegeben wird, eine Einstelleinrichtung (14) für eine EN-Ausgangsspannung (VEN), die während der Periode (TEN) der EN-Polarität auszugeben ist, eine Ausgangsspannungssteuerung (12), um die Pegel der EP- und der EN-Ausgangsspannungen (VEP, VEN) auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die von den Einstelleinrichtungen (13, 14) für die EP- bzw. die EN-Ausgangsspannungen (VEP, VEN) ausgegeben werden, und eine Polaritätsperioden- bzw. -dauersteuerung (15), um die Längen der Perioden bzw. Dauern (TEP, TEN) der EP- und EN-Polaritäten auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die von den Einstelleinrichtungen (16, 17) für die Perioden (TEP, TEN) der EP- bzw. EN-Polaritäten ausgegeben werden, wodurch ein Schweißausgang gesteuert wird; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – eine Schaltung, die aus einem Minimalstromkompensator (9), der zum Kompensieren einer unteren Grenze eines Schweißstromes dient, und einer Drossel (10) ausgebildet ist, der in Reihe mit dem Minimalstromkompensator (9) angeschlossen ist und die parallel zu der Ausgangsschaltung (16) angeschlossen ist; – eine Einstelleinrichtung (30) für einen mittlere Schweißspannung (Vav), – eine Einstelleinrichtung (31) für eine Differenz (a) zwischen der EP-Ausgangsspannung (VEP) und der EN-Ausgangsspannung (VEN), wodurch die Pegel der ausgegeben EP- und EN-Spannungen (VEP, VEN) gemäß den folgenden Formeln eingestellt werden können: VEP = Vav , und VEN = Vav – α.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Einstelleinrichtung (22) für eine AC-Frequenz fAC, um eine AC-Frequenz (fAC) einzustellen, und eine Einstelleinrichtung (23) für einen Zeitprozentsatz δ, um einen Zeitprozentsatz δ der Periode bzw. Dauer (TEP) der EP-Polarität einzustellen, wodurch die Längen der Perioden bzw. Dauern (TEP, TEN) der EP- und EN-Polaritäten gemäß den folgenden Formeln eingestellt werden können: TEP = δ/100·fAC , und TEN = (100 – δ)/100·fAC .
  3. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1, die ferner eine Einstelleinrichtung (31) zum Erhöhen oder Verringern der Differenz (α) zwischen der EP-Ausgangsspannung (VEP) und der EN-Ausgangsspannung (VEN) auf der Grundlage eines Drahtzuführratensignals, das von der Drahtzuführsteuerung (18) ausgegeben wird.
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