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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des elektrischen Lichtbogenschweißens und insbesondere ein neuartiges Schweißgerät zur Wärmesteuerung eines Schweißvorgangs und das Verfahren der Verwendung des neuartigen Schweißgerätes, um ein Webemuster mit Hilfe einer positionsbezogenen Wärmesteuerung zu bilden.
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HINTERGRUND
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Elektrisches Lichtbogenschweißen wird in einer breiten Vielzahl verschiedener Metallfüge- und Oberflächenbeschichtungsanwendungen verwendet. in den meisten Schweißanwendungen wird die Elektrode mit Bezug auf die Schweißfuge geführt, um ein gewünschtes Schweißraupenprofil zu erreichen. Eine Form der Elektrodenführung ist das „Weben” der Elektrode von Seite zu Seite über die Schweißfuge hinweg, was dazu dient, die Wärme des Lichtbogens und die Ausbreitung der Schweißraupe zu kontrollieren. in einigen Schweißanwendungen wird diese Webebewegung an einem oder beiden Rändern der Schweißfuge verzögert. in der Praxis nennt man diese Verzögerung „Verweilen”. Eine Webetechnik wird in der Praxis durch viele Verfahren implementiert. Halbautomatisch führt das Schweißgerät den Brenners über den Schweißstoß hinweg vor und zurück, während der Brenner entlang dem Schweißstoß bewegt wird. Der Markt bietet viele Grade der Mechanisierung an. Diese Maschinen fuhren den Schweißbrenner in einer Art Webemuster mechanisch vor und zurück, während überdies die Elektrode entlang dem Schweißstoß bewegt wird. Die meisten Schweißroboter bieten mehrere Webemuster als ein Standardmerkmal. Eine Webetechnik wird gemeinhin in einer großen Vielzahl verschiedener Verbindungs- und Oberflächenbeschichtungsanwendungen verwendete. Die konkret verwendete Webetechnik sowie der konkrete Effekt, der mit der Webetechnik erhalten wird, richten sich nach der Anwendung. Ein Beispiel sind Stumpfschweißnähte mit Stegabstand, wobei die Elektrode über die offene Naht hinweg gewebt und auf beiden Seiten angehalten wird, um einen guten Einbrand in die beiden zu verbindenden Werkstücke zu erreichen, ohne die Naht zu durchbrennen. Beim Schweißen von außer Position liegenden Kehlnähten wird die Webebewegung dafür verwendet, den Brennpunkt der Wärme des Lichtbogen von der Mitte der Schweißfuge fort zu lenken, um eine relativ flache Schweißraupenform zu erhalten. In Auftragsschweiß- und Hartauftragsschweißanwendungen wird eine Webebewegung verwendet, um Schweißmetall über eine große Oberfläche hinweg mit minimaler Einmischung von Grundwerkstoff abzuscheiden. In allen diesen Beispielen ist eine Webetechnik verwendet worden, um die Wärme des Lichtbogens von der Mitte des Schweißstoßes fort und zu den Rändern der Schweißfuge zu lenken. Aber der Effekt der Verwendung einer Webetechnik ist dadurch begrenzt, wie viel dieser Wärme während der Bewegung verteilt werden kann. Darum besteht Bedarf an einem verbesserten Schweißsystem und -verfahren, das die Wärmezufuhr zwischen den Rändern einer Webetechnik und der Mitte optimaler differenziert.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät zum Durchzuführen eines Verfahrens bereitgestellt, das die Wärme des Lichtbogenschweißens in Koordination mit einer Webetechnik der Schweißelektrode über die Schweißzone hinweg managt. Über die Mitte der Webebewegung hinweg wird ein Niedrigwärmeverfahren beibehalten. Auf beiden Seiten der Webebewegung wird ein Hochwärmeverfahren beibehalten. Das Niedrigwärmeverfahren reduziert den Einbrand und reduziert das Einmischen des Grundwerkstoffs in das Schweißmetall. Dies ist in vielen Anwendungen vorteilhaft; aber insbesondere bei Hartauftragsschweißanwendungen kann eine dünnere Schweißraupe aufgebracht werden, die einen höheren Legierungsanteil im äußeren Verschleißrand der Schweißraupe behält. Das Hochwärmeverfahren an den Rändern der Webebewegung hilft, die Schweißnaht an eine vorherige Schweißraupe anzubinden, und hilft, einen mangelnden Einbrand am Rand der Schweißraupe zu vermeiden. Die Erfindung findet besondere Anwendung in Verbindung mit halbautomatischen Schweißoperationen, bei denen der Übergang zwischen Hochwärme- und Niedrigwärmeverfahren auf der Zeit basiert, wobei ein Schweißer die Webebewegung anhand der Übergänge der Maschine von den beiden Verfahren misst. Der Bediener fährt während des Niedrigwärmeverfahrens über die Mitte der Schweißfuge hinweg und verweilt während des Hochwärmeverfahrens am Rand der Webebewegung. In einer Ausführungsform detektiert der Bediener den Wechsel von einem Verfahren zum nächsten anhand akustisch wahrnehmbarer Unterschiede bei den Geräuschen des Schweißsystems während der verschiedenen Verfahren. In einer anderen möglichen Ausführungsform stellt das System ein akustisches Signal beim Wechsel der Verfahren bereit, und der Bediener justiert die Bewegung des Schweißbrenners entsprechend. Bei einer Ausführungsform kann das Niedrigwärmeverfahren vom Kurzschlusstransfertyp sein, um die Wärmezufuhr weiter zu reduzieren. Das Hochwärmeverfahren kann vom Impulssprühtransfertyp sein, um die Wärmezufuhr an den Rändern der Schweißnaht weiter zu erhöhen. Der Unterschied beim Geräusch des Kurzschlusstransfers und dem Impulssprühtransfer des Weiteren hilft dem Bediener zusätzlich, die Bewegung der Elektrode auf den Wechsel des Verfahrens abzustimmen.
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Zu weiteren Anwendungen der Erfindung gehören mechanisierte Anwendungen, wobei die Grenzen der Webebewegung der Schweißmaschine signalisieren würden, zum Hochwärmeverfahren zu wechseln. Das Hochwärmeverfahren würde über einen definierten Zeitraum beibehalten werden, bevor die Schweißmaschine zum Niedrigwärmeverfahren zurückkehren würde.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät zum Durchzuführen eines Verfahrens bereitgestellt, das die Schweißwärme managt, während die Elektrode oder der Schweißdraht in einem Webemuster über eine Pfütze hinweg geführt wird. Gemäß der Erfindung wird ein Schweißprozess mit mittlerer Wärmezufuhr in der Mitte der Webebewegung verwendet, und ein Schweißprozess mit deutlich stärkerer Wärmezufuhr wird an den in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern der Schweißraupe verwendet. Diese einzigartige Vorgehensweise kombiniert einen Prozess mit geringer Wärmezufuhr, während das elektrische Lichtbogenschweißen über die Mitte der Schweißfuge hinweg ausgeführt wird, mit einem synchronisierten Prozess mit höherer Wärmezufuhr am Rand der Schweißraupe. Dieses Verfahren wird für halbautomatisches Schweißen oder vollautomatisches Schweißen verwendet. Es sind verschiedene Implementierungen des neuartigen Verfahrens möglich. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät zum Durchführen des neuartigen Verfahrens mit neuartigen Steuergerätefunktionen. Das Schweißgerät und das Schweißverfahren werden insbesondere für das Auftragsschweißen von Nickellegierungen verwendet, eignen sich aber auch für andere Anwendungen. In der Theorie enthält die Erfindung jedes Schweißen, bei dem eine Webetechnik verwendet wird und die Wärmezufuhr von einer geringen Wärme in der Mitte der Schweißraupe zu einer starken Wärme an den in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern der Schweißraupe geändert wird.
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Gemäß der Erfindung wird eine Seite-zu-Seite-Webe-Bewegungs-Schweißtechnik, zusammen mit einem Synchronisationselement oder -gerät, verwendet, um die Wellenform an den gegenüberliegenden Enden einer Schweißraupe in dem Webemuster zu ändern. An den Rändern der Schweißraupe wird der Ausgang des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes zu einem Schweißprozess umgeschaltet, und über die Oberseite der Schweißfuge hinweg wird das elektrische Lichtbogenschweißgerät zu einem anderen Schweißprozess umgeschaltet. In den meisten Anwendungen besteht der am Rand der Webebewegung verwendete Schweißprozess aus einem Hochwärmeprozess, bei dem ein Sprühtransferprozess, ein Impulstransferschweißprozess oder ein Hochwärmemodus verwendet wird. Über die Oberseite der Schweißraupe hinweg wird die Wärme unter Verwendung eines Kurzschlusstransfers, eines Niedrigwärmeimpulssprühtransfers oder eines Niedrigwärmemodus reduziert. Die Erfindung ist insbesondere für die Oberflächenbeschichtung einer Platte und für das Wurzelschweißen von zwei Platten oder eine Rohrnaht geeignet.
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Während sich das Schweißgerät an den aufeinanderfolgenden Schweißpfaden entlang arbeitet und dabei das Webemuster definiert, signalisiert ein „Flag” aus der digital programmierten Steuereinheit, wann ein gewünschter Wechsel von einem Schweißprozess zum anderen erfolgen soll. Es gibt verschiedene Techniken zum Erzeugen des „Flags”. Bei einer Technik wird das Flag erzeugt, wenn ein Timer einen gewünschten Wert erreicht. Der definierte Zeitpunkt wird durch den Benutzer justiert. Eine andere Technik beinhaltet ein Flag, das erzeugt wird, wenn ein Zähler einen voreingestellten Wert erreicht. Der Zähler inkrementiert auf der Grundlage eines Ereignisses, wie zum Beispiel der Anzahl von Impulszyklen. Der definierte Zählwert kann durch den Benutzer justiert werden, wie auch die Timer-Technik. Eine weitere Ausführungsform beinhaltet ein Flag, das durch das digitale Eingangssignal von einem anderen Gerät erzeugt wird, wie zum Beispiel einem Näherungsschalter, einem Endanschlagschalter oder einer Fernbedienung. Das Flag kann ein tatsächliches digitales Signal oder ein inverses digitales Signal sein, was von der Logik abhängt, die das Programm der Steuereinheit braucht, die durch die Stromquelle verwendet wird. In einer anderen Technik wird ein Flag durch den Zustand des Schweißausgangs erzeugt, wie zum Beispiel Strom, Spannung oder Leistung. Dieses Flag kann durch eine Integral- oder sonstige Rechenfunktion im Zusammenhang mit dem Ausgangssignal erzeugt werden. Zusammenfassend ausgedrückt, verwendet das Flag oder Zeichen für den Wechsel von einem Schweißprozess zu einem anderen Schweißprozess eine von mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Ein einzigartiger Aspekt der Erfindung ist die Implementierung unter Verwendung einer Software-Steuerungsmaschine mit Zustandtabellen in einem Speichermodul, wobei eine einzelne Zustandstabelle zwei separate Schweißprozesse enthält. Die Schweißzustandstabelle verarbeitet einen Impulsmodus oder einen Leistungsmodus in Abhängigkeit vom Zustand einer Flag-Logik zu einem jeweiligen Zeitpunkt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung justiert der Schweißprozess die Drahtzufuhrgeschwindigkeit in der Mitte der Schweißraupe so, dass sie eine andere ist als die Drahtzufuhrgeschwindigkeit an den in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Polarität des Niedrigwärmeschweißprozesses so gewählt, dass sie eine andere ist als die Polarität des Hochwärmeschweißprozesses. Bei Verwendung einer Stromquelle mit variabler Polarität gibt es viele Variationen der Polarität, die in Verbindung mit herkömmlichen Verfahren zum Justieren der Wärmezufuhr in der Mitte der Schweißraupe im Vergleich zu der Wärmezufuhr an den in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern der Schweißraupe verwendet werden.
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Die Erfindung beinhaltet ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Schweißgerätes, das von einem Hochwärmeprozess an den Querrändern einer Kurzschlussschweißraupe zu einem Niedrigwärmeprozess in der Mitte der Schweißraupe wechselt. Die Schweißraupe ist ein Abschnitt eines Webemusters und hat eine Länge von weniger als 2,0 Inch. Es können verschiedenen Hochwärmeprozesse verwendet werden, wie zum Beispiel Sprühtransfer-GMAW, Impulssprühtransfer, Hochleistungsmodus, Hochgeschwindigkeits-Drahtzufuhr, Pulsieren mit positiver Polarität und/oder VP-GMAW mit schnellem Arbeitszyklus, um nur einmal die üblicheren Hochwärmeschweißprozesse zu nennen. Der Niedrigwärmeschweißprozess kann Prozesse wie Kurzschlusslichtbogentransfer-GMAW, Oberflächenspannungstransfer, Niedrigleistungsmodus, Niedergeschwindigkeits-Drahtzufuhr, Kurzschlusstransfer mit negativer Polarität, wie zum Beispiel CV-GMAW, VP-GMAW mit langsamem Arbeitszyklus und/oder CMT-Transfer enthalten, um nur einmal die am häufigsten angewendeten Niedrigwärmeschweißprozesse zu nennen. Im Wesentlichen beinhaltet die Erfindung eine geringe Wärme in der Mitte der Schweißfuge oder Schweißraupe und eine starke Wärme neben den Rändern des Schweißabschnitts oder der Schweißraupe. Die Schweißraupe definiert einen einzelnen Durchgang eines Webemusters.
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Das neuartige Schweißgerät beinhaltet einen Vorschubmechanismus, der den Schweißbrenner in dem vorgeschriebenen Webemuster bewegt. Die spezielle Art des Vorschubmechanismus bestimmt die Art des verwendeten Flags, das zum Übergang von einem Schweißprozess zu einem anderen Prozess an Positionen entlang der Schweißraupe verwendet wird. Wenn zum Beispiel ein automatisches Schweißgerät verwendet wird, so verwendet das digitale Programm der Steuereinheit, die zum Generieren der verschiedenen Wellenformen verwendet wird, eine der oben beschriebenen „Flag”-Techniken.
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Wenn die Erfindung für halbautomatischen Betrieb verwendet wird, so koordiniert der Bediener die Seite-zu-Seite-Bewegung des Brenners mit der eingestellten Dauer jedes Schweißprozesses. Der Bediener stellt die Zeit jedes Schweißprozesses für die gewünschte geschweißte Naht ein. Das Umschalten des Schweißprozesses sagt dem Bediener, einen Richtungswechsel oder ein Verweilen auszuführen. Wenn dies nicht mit der vorgeschriebenen Position übereinstimmt, so wird die Bewegungsrate modifiziert. Es entsteht eine gleichmäßige Webschweißnaht bei der richtigen Synchronisation von Position und Wärmepegel. Der Niedrigwärmeprozess bestimmt die Vorschubgeschwindigkeit über die Naht hinweg. Der Hochwärmeschweißprozess bestimmt die Verweilzeit an jedem Rand der Schweißraupe. In den meisten Fällen verursachen die Schweißprozesse ein anderes Geräusch, und jeder Schweißprozess hat eine eingestellte Zeit oder Zählung, wenn er sich entlang der Schweißraupe bewegt. Am Ende dieser Zeit oder Zählung wird der Hochwärmeschweißprozess automatisch initiiert. Dies erzeugt eine andere Geräuschkulisse für den Bediener. Der Bediener steuert die Bewegungsrate während des Niedrigwärmeschweißprozesses so, dass die Änderung des Geräuschs an jedem Rand der Schweißraupe erfolgt. Dies definiert die Verwendung der vorliegenden Erfindung in einem halbautomatischen Betrieb.
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Die Erfindung wurde insbesondere für das Auftragsschweißen entwickelt, wo ein minimales Vermischen zwischen dem Grundwerkstoff und dem Schweißmetall erwünscht ist. In dieser Anwendung werden die Raupen Seite an Seite gewebt. Ein zusätzlicher Einbrand ist an den Enden der Schweißraupe erforderlich, um einen Einbrand in den Grundwerkstoff zu erreichen, so dass die Schweißraupe sich nicht ablöst. Die Schweißraupe muss in die zuvor erzeugte Schweißraupe einbrennen, um eine Lücke zwischen den Durchgängen zu vermeiden. Ein Impulstransferschweißprozess wird an den Rändern der Schweißfuge verwendet, um die Wärme zu verstärken und den notwendigen Einbrand zu erreichen. Über die Oberseite der Schweißfuge hinweg wird der allgemeine Leistungsmodus des Schweißgerätes auf den notwendigen Leistungspegel eingestellt, um einen Kurzschlusslichtbogentransfer in der Mitte der Schweißraupe zu erhalten. Dieser Niedrigleistungsprozess reduziert die Wärme und das Einmischen in den Grundwerkstoffs in der Mitte der Schweißraupe.
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Die Erfindung ist auch auf Stumpfschweißnähte mit Stegabstand anwendbar, um Platten oder Rohrprofile zu verbinden. In dieser Anwendung der Erfindung ist eine variable Polaritätsoption von Vorteil, um die Wärmezufuhr über den nicht-gestützten „offenen” Spalt der Naht hinweg weiter zu reduzieren. Ein Oberflächenspannungstransfer oder Kurzschlusslichtbogen, der mit negativer Polarität arbeitet, ist ein Prozess, der extrem stabil ist und eine sehr geringe Wärmezufuhr erzeugt. Dieser Prozess ist in dem offenen Spalt der Naht recht vorteilhaft. An den Rändern der Naht wird die Polarität umgekehrt, und ein Impulstransferprozess oder ein anderer Hochwärmetransferprozess wird verwendet. Dies führt zu einem guten Einbrand in den Grundwerkstoff auf den gegenüberliegenden Seiten der offenen Naht. Somit wird der mittige Abschnitt der Schweißraupe bei einer negativen Polarität ausgeführt, und die Randabschnitte der Schweißraupe werden bei einer positiven Polarität gebildet. Die verschiedenen Polaritäten sind Bestandteile des Hoch- und des Niedrigwärmeschweißprozesses.
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Bei schwereren vertikalen Aufwärtskehlnähten an Platten ist es mitunter wünschenswert, ein Webemuster zu verwenden. In einem solchen Fall ist die Erfindung geeignet, die Wärme zu verringern, die auf die Oberseite der Schweißfuge wirkt, und dennoch einen guten Einbrand am Raupenübergang der Schweißfuge zu erreichen, wo Hochwärmeschweißen ausgeführt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät zum Erzeugen eines Webemusters über ein Werkstück hinweg mit einer Abfolge individueller Schweißabschnitte bereitgestellt, die jeweils einen Mittelabschnitt haben, der sich zwischen zwei in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern erstreckt. Das neuartige Schweißgerät umfasst eine Stromquelle, eine Drahtzuführvorrichtung und eine digitale Steuereinheit, um die Stromquelle zu veranlassen, einen ersten Schweißprozess im Mittelabschnitt der Schweißraupe durchzuführen und einen zweiten Schweißprozess neben mindestens einem der Ränder auszuführen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Schweißprozess neben beiden der in Querrichtung voneinander beabstandeten Ränder der Schweißraupe ausgeführt, und der zweite Schweißprozess hat eine größere Wärme im Vergleich zu dem ersten Schweißprozess.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Webemusters über ein Werkstück hinweg mit einer Abfolge individueller Schweißabschnitte bereitgestellt, die jeweils einen Mittelabschnitt haben, der sich zwischen zwei in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern erstreckt. Das Verfahren beinhaltet das Erzeugen eines Schweißstroms zwischen einem Schweißdraht, der sich durch einen Brenner zu dem Werkstück bewegt, das Bewegen des Brenners entlang dem Webemuster, das Ausführen eines ersten Schweißprozesses, während sich der Brenner über den Mittelabschnitt hinweg bewegt, das Ausführen eines zweiten Schweißprozesses, wenn sich der Brenner neben den Rändern befindet, und das Veranlassen, dass der erste Schweißprozess weniger Wärmezufuhr ausübt als der zweite Schweißprozess.
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Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuartigen elektrischen Lichtbogenschweißgerätes und eines Verfahren zum Verwenden des neuartigen Schweißgerätes, wobei das Schweißgerät und das Verfahren mit zwei Schweißprozessen arbeiten, die auf die Bewegung und/oder Position des Schweißgerätes über einem Werkstück abgestimmt werden. Das Verfahren betrifft eine Kurzschlussschweißraupe, wie zum Beispiel eine Schweißraupe von weniger als etwa 2,0 Inch und bevorzugt weniger als 1,0 Inch.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schweißgerätes und eines Verfahrens, wie oben definiert, wobei das Schweißgerät und das Verfahren die Bewegung entlang der Schweißraupe eines Webemusters mit einem Hochwärmezufuhrprozess und einem Niedrigwärmezufuhrprozess koordinieren. Der Niedrigwärmeprozess wird über die Oberseite der Schweißraupe hinweg verwendet, und ein Hochwärmeprozess wird an den Rändern der Schweißraupe verwendet.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schweißgerätes und eines Verfahren, wie oben definiert, wobei das Schweißgerät und das Verfahren eine Timing-Anordnung verwenden, um zwischen den zwei Schweißprozessen zu wechseln. Wenn das Schweißverfahren halbautomatisch ist, so signalisiert ein anderes Geräusch dem Benutzer, die Richtung und/oder die Verweildauer des Schweißgerätes zu ändern, um eine Position mit den zwei separaten Schweißprozessen zu koordinieren.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schweißgerätes und eines Verfahrens, wie oben definiert, wobei das Schweißgerät und das Verfahren ein Wechselstromsystem oder ein System mit variabler Polarität verwenden, wobei die Polarität von der Position der Elektrode abhängig ist, wenn sie entlang den aufeinanderfolgenden Schweißraupen vor und zurück webt.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schweißgerätes und eines Verfahrens, wie oben definiert, wobei das Schweißgerät und das Verfahren in einer Vielzahl verschiedener Schweißanwendungen verwendet werden, wobei ein Webemuster verwendet wird und wobei eine unterschiedliche Wärme zwischen der Mitte der Schweißraupe und den Rändern der Schweißraupe vorteilhaft ist.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung, zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine bildhafte Ansicht, die die vorliegende Erfindung veranschaulicht, die für einen Stoß mit Stegabstand verwendet wird;
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1A ist eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wurzelschweißvorgangs;
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1B ist eine Querschnittsansicht ähnlich 1A, die einen zusätzlichen Fülldurchgang unter Verwendung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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1C ist eine Querschnittsansicht eines einzelnen Schweißabschnitts oder einer einzelnen Schweißraupe in einem Webemuster, die den Mittelabschnitt und benachbarte Bereiche veranschaulicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung verarbeitet wurden;
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2 ist ein Blockschaubild und Flussdiagramm, das das Steuereinheit-Programm einer Steuereinheit veranschaulicht, das die Neuheit des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes verkörpert, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet;
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3 ist ein Blockschaubild und Flussdiagramm des Steuereinheit-Programms, das in einer halbautomatischen Implementierung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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4 ist ein Blockschaubild und Flussdiagramm des Steuereinheit-Programms, das in einem Schweißgerät verwendet wird, das mit Endanschlagschaltern oder Näherungsschaltern arbeitet, um eine mechanisierte Implementierung der vorliegenden Erfindung bereitzustellen;
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4A ist eine Querschnittsansicht einer mechanisierten Implementierung der Erfindung für einen Fülldurchgang in einer Stegabstandsoperation, wie in 1 gezeigt;
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5 ist ein Blockschaubild und Flussdiagramm eines Steuereinheit-Programms für eine robotische Anwendung des Schweißgerätes, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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6 ist ein kombiniertes Flussdiagramm und eine schematische Seitenansicht eines Bewegungsmechanismus zum Steuern eines Schweißgerätes, das die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung praktiziert;
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7 ist ein Blockschaubild der bevorzugten Stromquelle, die in dem Schweißgerät verwendet wird, und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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8 ist ein Flussdiagramm, das Bestandteile veranschaulicht, die in dem ersten und dem zweiten Schweißprozess des Schweißgerätes und des Verfahrens zum Ausführen der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
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9–15 sind Blockschaubilder, die Steuerelemente zum Synchronisieren der Bewegung des Schweißgerätes mit den zwei Schweißprozessen veranschaulicht, die bei der Praktizierung der vorliegenden Erfindung auszuführen sind.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Wenden wir uns nun den Zeichnungen zu, die nur dem Zweck der Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und nicht dem Zweck ihrer Einschränkung dienen. Die 1, 1A, 1B und 1C zeigen einen Brenner 10 eines Schweißgerätes AW zum Richten eines Drahtes W auf ein Werkstück WP, das als zwei Platten 12, 14 veranschaulicht ist, die durch eine offene Wurzel oder einen Spalt 16 getrennt sind. Das Werkstück WP kann auch eine flache Oberfläche einer Platte sein, die mit einer Hartbeschichtung überzogen werden soll, oder andere ähnliche Werkstücke. Gemäß der Erfindung bewegt das Schweißgerät AW den Brenner 10 in einem Webemuster P, das einen Schweißabschnitt oder eine Schweißraupe 20 enthält, die in Querrichtung voneinander beabstandete Ränder 22, 24 und einen Mittelabschnitt C aufweist, wie am besten in 1C gezeigt. Der Schweißabschnitt oder die Schweißraupe 20 hat eine Oszillationsdistanz L. Der Mittelabschnitt C mündet in kleine Bereiche A, B neben den in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern 22 bzw. 24. Gemäß der Erfindung wird das elektrische Lichtbogenschweißgerät AW so gesteuert, dass es den Brenner 10 entlang der Schweißraupe oder des Schweißabschnitts 20 von einem Rand 22 in dem benachbarten Bereich A (Position I) und dann entlang der Schweißraupe im Mittelabschnitt C (Position II) bewegt, bis der Brenner den Bereich B neben dem Querrand 24 (Position III) erreicht. Somit bewegt das Schweißgerät AW den Brenner 10 entlang dem Webemuster P durch Ziehen einer kurzen länglichen Schweißraupe 20 zwischen Bereich A und Bereich B durch Bewegen des Brenners entlang dem Mittelabschnitt C der Schweißraupe.
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Gemäß der Erfindung bewegt das Schweißgerät AW den Brenner 10 entlang dem Webepfad P durch einen zweckmäßigen Mechanismus, wovon einer in 6 schematisch veranschaulicht ist. Das Schweißgerät führt zwei Schweißprozesse aus, wovon einer ein Hochwärmeschweißprozess ist, der durch das Schweißgerät AW in den Bereichen A und B ausgeführt wird, und der andere ein Niedrigwärmeprozess ist, der durch das Schweißgerät AW ausgeführt wird, wenn es sich entlang dem Mittelabschnitt C des Schweißabschnitts oder der Schweißraupe 20 bewegt. Das Schweißgerät wechselt von einem Hochwärmeschweißprozess zu einem Niedrigwärmeschweißprozess zum Schweißen entlang dem Mittelabschnitt C und wechselt dann zurück zu einem Hochwärmeschweißprozess, um die Schweißraupe zu vollenden. Dieses Verfahren wird entlang den verschiedenen Querdurchgängen oder Raupen des Musters P wiederholt, um den Spalt zwischen den Platten 12, 14 auszufüllen. Nachdem der Spalt gefüllt ist, kann weiteres Metall durch ein Webemuster über die erste Schweißraupe hinweg zwischen den Platten 12, 14 mittels des Schweißgerätes und des Verfahrens der Erfindung abgeschieden werden.
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Die Erfindung beinhaltet das allgemeine Konzept der Verwendung eines Niedrigwärmeschweißprozesses im Mittelabschnitt der Schweißraupe 20 mittels Schweißen mit hoher Wärmezufuhr in den Bereichen A, B neben den Rändern 22, 24. Die Bewegung des Brenners 10 erfolgt mit einer gleichmäßigen Rate durch den Mittelabschnitt C, aber sie kann für eine kurze Zeit an den benachbarten Bereichen A, B verweilen, um tiefer in die Platten 12, 14 einzubrennen. In dieser Weise führt die geringe Wärme über dem Spalt 16 nicht dazu, dass schmelzflüssiges Metall während des Schweißprozesses durch den Spalt bläst. Wenn die Erfindung für eine Stegabstandsschweißung verwendet wird, so ist der erste Durchgang oder die Wurzellage in 1A gezeigt, wobei die in Querrichtung voneinander beabstandeten Ränder 30, 32 einer starken Wärme ausgesetzt werden und der Mittelabschnitt C einer geringen Wärme ausgesetzt wird. Dieser Prozess zieht die in 1B gezeigte Wurzelraupe 40, die anschließend durch eine obere Schweißraupe 42 bedeckt wird, die über der Wurzelraupe 40 durch eine Bewegung des Brenners 10 in einem Webemuster zwischen den in Querrichtung voneinander beabstandeten Rändern 50, 52 abgeschieden wird. An diesen zwei Rändern wird ein Hochwärmeschweißprozess durch das Schweißgerät AW ausgeführt. Zwischen den Rändern 50, 52 wird der Mittelabschnitt b durch einen Niedrigwärmeprozess geschweißt. Das Verfahren von 18 wird wiederholt, so dass das Metall den Spalt zwischen den Platten 12, 14 ausfüllt. Der bevorzugte Niedrigwärmeprozess im Mittelabschnitt C wird als ein Oberflächenspannungstransferschweißprozess ausgeführt. Das Hochwärmeschweißen in den Bereichen A, B erfolgt bevorzugt durch Sprühtransfer oder Impulssprühtransfer. Die verschiedenen Hochtemperaturprozesse und Niedrigtemperaturprozesse sind im einleitenden Abschnitt dieser Beschreibung und in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt; beide bilden einen Teil der vorliegenden Offenbarung.
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Zusammenfassend ausgedrückt, bewegt das elektrische Lichtbogenschweißgerät AW den Brenner 10 in einem Webemuster P durch Bewegung entlang der Schweißraupe oder des Schweißabschnitts 20 von einer ersten Position neben einem Rand zu einer zweiten Position neben einem anderen Rand durch Translation entlang dem Mittelabschnitt C. Gemäß dem Schweißgerät und dem Betriebsverfahren der vorliegenden Erfindung wird der Mittelabschnitt C mit geringer Wärme geschweißt, und die benachbarten Bereiche A, B werden mit hoher Wärme geschweißt. Dieser grundlegende Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in verschiedenen Steuerungsimplementierungen verwendet, wie weiter unten beschrieben wird.
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Der allgemeine Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät mit einer Stromquelle, wie in 7 gezeigt, einer Standard-Drahtzuführvorrichtung und einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit mit einem zweckmäßigen digitalen Programm ausgestattet ist, um die Bewegung des Brenners 10 mit verschiedenen Arten von Schweißprozessen zu synchronisieren. Ein allgemeiner Aspekt der Erfindung ist als Programm 100 in 2 veranschaulicht. Als erstes wird der Niedrigwärmeschweißprozess 102 entlang dem Mittelabschnitt C ausgeführt. Ein Entscheidungsblock, eine Schrittschaltung oder eine Routine 104 erwartet die Bewegung des Brenners 10 zum Bereich A oder zum Bereich B. Diese Entscheidungsroutine wird durch verschiedene Elemente gesteuert, wie zum Beispiel einen Näherungsschalter, einen Endanschlagschalter, einen Timer, einen Zähler oder ein Programmgeneriertes Flag, das anzeigt, dass das Steuerungsprogramm 100 von dem ersten Niedrigwärmeschweißprozess zu einem zweiten Hochwärmeprozess wechseln soll. Somit erwartet der Entscheidungsschritt oder die Routine 104 einen Hinweis, dass der Brenner 10 zu Bereich A oder zu Bereich B bewegt wurde. Bis zu diesem Ereignis erzeugt jede Abfrage des Blocks 104 ein Logiksignal auf Leitung 106, zum ersten Prozesssteuerungsprogramm 100 zurückzukehren. Bei Erstellung eines Flags, das die Bewegung des Brenners 10 zum Bereich A oder zum Bereich B anzeigt, oder alternativ eines Hinweises, dass er in Bereich A oder Bereich B sein sollte, erzeugt der Schritt oder die Routine 104 ein Logiksignal auf Leitung 110, den ersten Prozess durch das Gate 112 zu beenden und den zweiten Prozess durch die Logik auf Leitung 110 zu initiieren. Solange sich der Brenner 10 im Bereich A oder im Bereich B befindet, erzeugt der Entscheidungsschritt oder die Entscheidungsroutine 122 eine Logik auf Leitung 124, die den Betrieb des zweiten Schweißprozesses beibehält. Wenn der Balken-A/B-Block 122 die Logik auf Leitung 126 auf der Grundlage einer Fortbewegung oder angenommenen Fortbewegung aus den Bereichen A und B umschaltet, so führt die Logik auf Leitung 126 das Schweißgerät AW zu dem ersten Schweißprozess zurück und deaktiviert den zweiten Prozess durch das Gate 128. In der Praxis wird das Programm 100 mit einer sehr hohen Frequenz abgefragt, wesentlich größer als 100 kHz. Das Schweißgerät AW befindet sich geringer Wärme, wenn sich der Brenner 10 entlang dem Mittelabschnitt C bewegt, und wechselt zu einer starken Wärme, wenn sich der Brenner in dem allgemeinen Bereich eines der in Querrichtung voneinander beabstandeten Ränder befindet. Durch einen Aspekt der Erfindung verweilt der Brenner 10 in den Bereichen A und B, wodurch der zweite Schweißprozess während einer Verweilzeit fortgesetzt wird, um den Einbrand der Schweißraupe 20 in dem Bereich der Ränder zu verstärken. Die 1, 1A, 1B, 1C und 2 beschreiben den allgemeinen Aspekt des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes AW und des Verfahrens zum Betreiben des Schweißgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die in 1 und 2 offenbarte Erfindung kann durch verschiedene Anwendungen implementiert werden. Eine halbautomatische Implementierung der Erfindung ist in 3 veranschaulicht, wobei das Steuereinheit-Programm 200 zwei justierbare Steuerungsverfahren enthält, und zwar eine Sektion 202 zum Wechseln des Prozesses bei Erreichen einer bestimmten Anzahl von Tröpfchen, die während des Hochwärmeimpulsmodus des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes AW transferiert werden, und eine Sektion 204 zum Steuern der Zeit für den Niedrigwärmeprozess, wie zum Beispiel eines Kurzschlusslichtbogenleistungsmodus. Die Steuereinheit des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes AW enthält das Programm 200 zur Verwendung in dieser halbautomatischen Anwendung, wobei das Schweißgerät den Schweißbrenner 10 in einem Webepfad P über die Oberfläche eines Werkstück oder über die Naht, die durch zwei Metallplatten gebildet wird, bewegt. Bei Verwendung dieser Implementierung der Erfindung wird der Niedrigwärmeschweißmodus über eine festgesetzte Zeit fortgesetzt, die die Bewegung über die Länge des Mittelabschnitts C angibt. Dann wird durch die Programmsektion 202 an einem der voneinander beabstandeten Ränder eine starke Wärme erzeugt, wo sich der Hochwärmeschweißprozess über eine Anzahl von Zählungen hinweg fortsetzt. Diese Zählungen stellen die Zeit dar, die notwendig ist, um im Bereich A oder im Bereich B zu verweilen und dann die Richtung zu wechseln und zum Mittelabschnitt C zurückzukehren. Der Bediener bewegt den Brenner in einem Muster P und justiert die Zeit und die Zählung so, dass eine gleichmäßige Bewegung vor und zurück über die Naht hinweg die Erfindung ausführt, indem schmelzflüssiges Metall bei geringer Wärme im Mittelabschnitt C und einer starken Wärme an den voneinander beabstandeten Rändern abgeschieden wird.
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In vielen Fällen ist der Bediener über den Wechsel des Schweißprozesses im Bilde und kann den Zähler oder den Timer so justieren, wie es der Länge L der Schweißraupe 20 entspricht. Das Programm 200 hat eine Hochwärmesektion für Impulstransferbereiche A und B. Die starke Wärme wird durch einen Impulstransferprozess erzeugt. Ein solcher Prozess wird durch die Verwendung eines Wellenformgenerators zum Erzeugen einer bestimmten Wellenform mit einem Hochregelabschnitt 210 bereitgestellt. Dieser Schritt wird gehalten, bis der Lichtbogenstrom einen Spitzenpegel erreicht. Der Spitzenstrom wird dann, wie durch die Blöcke oder den Schritt 212 angedeutet, über einen eingestellten Zeitraum durch den Wellenformgenerator beibehalten. Danach wird die Wellenform heruntergeregelt, wie durch den Block oder Schritt 212 angedeutet. Dies verringert den Strom auf einen Hintergrundpegel, wie durch den Block oder Programmschritt 216 angedeutet. Die erzeugte Wellenform, die ein Ansteigen, eine Spitze, ein Absteigen und einen Hintergrund enthält, führt zum Transfer eines Tröpfchens von schmelzflüssigem Metall vom Draht W auf das Werkstück WP, allgemein während des Spitzenstroms, der bei Schritt 212 angedeutet ist. Der Hintergrundstrom wird gehalten, wie durch Schritt 216 angedeutet, um den herankommenden Draht zu schmelzen und ein neues Tröpfchen für den nächsten Transfer eines Tröpfchens während des Spitzenabschnitts der nächsten Wellenform zu beginnen. Das heißt, während jedes Hintergrundabschnitts der Wellenform findet ein Tröpfchentransfer statt. Dieses Ereignis wird durch den Zähler 220 gezählt. Wenn der Zählwert während des Programmabfragezyklus, nachdem jedes Tröpfchen transferiert ist, nicht der eingestellten Anzahl n entspricht, so wird ein Rücklaufsignal oder eine Logik in Leitung 227 erzeugt, die lediglich das Profil der durch den Wellenformgenerator erzeugten Wellenform wiederholt. Wenn der Entscheidungsschritt oder Zähler 220 eine bestimmte Anzahl erreicht, so wird ein Flag F erzeugt, um die Logik auf der Ausgabeleitung 224 zu ändern. Dies aktiviert den Niedrigstrommodus des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes. Der Niedrigwärmeprozess ist Block 230 am Beginn von Sektion 204. Dieser Niedrigstrommodus wird auf einem geringen Wärmepegel beibehalten. Eine Reihe von Schweißprozessen liefert geringe Wärmezufuhr, wie zum Beispiel GMAW-Kurzschlusslichtbogen, STT und CMT, um drei Beispiele zu nennen. Die Zeit des Niedrigwärmeprozesses, der über der Mitte C der Schweißnaht 20 beibehalten wird, hat Vorrang vor der Dauer des Hochwärmeprozesses, der an den Rändern A, B der Schweißnaht 20 aufrecht erhalten wird. In der Regel wird ein Timer verwendet, um den Entscheidungsschritt 232 des Niedrigwärmeprozesses aufrecht zu erhalten. Wenn der Timer unter der eingestellten Zeit bei einer Programmabfrage liegt, so wahrt die Logik auf Leitung 234 lediglich den geringen Leistungspegel. Wenn der Timer die eingestellte Zeit erreicht, so wird Flag F gesetzt. Dieses Flag ändert die Logik auf Leitung 236 und veranlasst, dass das Schweißgerät vom Niedrigstrom- oder -wärmepegel von Sektion 204 zum Hochwärmeprozess von Sektion 202 wechselt. Gemäß dem üblichen Niedrigwärme-Kurzschlusslichtbogenschweißen wird eine Kurzschlussroutine 240 in die Programmsektion 204 integriert, um jegliche Kurzschlüsse aufzuheben, zu denen es während der Niedrigwärmeoperation des Schweißgerätes kommt. Da diese Implementierung der Erfindung durch einen Bediener gesteuert wird, kann der Bediener den Zähler durch einen Knauf 250 und die Zeit durch einen Knauf 260 justieren. Diese Knaufe werden so verändert, dass, wenn ein Schweißgerät dem Muster P folgt, der Brenner im Mittelabschnitt der Schweißraupe unter Verwendung des Niedrigstrommodus von Sektion 204 bewegt wird und dann verweilt und umkehrt, während das Schweißgerät in einen Hochwärme-Schweißmodus wechselt, der als Sektion 202 von Programm 200 bezeichnet ist.
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Die in 3 veranschaulichte Implementierung der Erfindung wird modifiziert, wenn das Schweißgerät eine mechanisierte Webemaschine verwendet, wie zum Beispiel Spread Arc von The Lincoln Electrical Company. Bei dieser Art von Schweißgerät bestimmen Endanschlagschalter das Ausmaß der Länge L des Schweißabschnitts oder der Schweißraupe 20 im Webemuster P, wie in 1C gezeigt. Wenn diese Art von Schweißgerät und Transfermechanismus verwendet wird, um den Brenner 10 vor und zurück zu bewegen, so wird die vorliegende Erfindung in der in 4 gezeigten Weise implementiert. Das Steuereinheit-Programm 300 enthält die Sektion 202, die mit Sektion 202 von 3 identisch ist. Jedoch wird Sektion 204 von 3 durch eine modifizierte Sektion 302 mit einem Niedrigstrommodus-Schritt 230 und einer Kurzschlussroutine 240 ersetzt, wie in 3 gezeigt. Die Sektion 302 beinhaltet die Verwendung eines Endanschlagschalters zum Erzeugen des Flags, das durch den Entscheidungsschritt 310 identifiziert wurde. Wenn der Endanschlagschalter aus ist, so hat Schritt 310 kein erzeugtes Flag, und die Logik auf Leitung 312 setzt den geringen Strom von Schritt 230 fort. Wenn der Endanschlagschalter ausgelöst wird, so erzeugt der Entscheidungsschritt 310 ein Flag in Leitung 314, um das Schweißgerät AW in den Hochwärme-Schweißmodus von Sektion 202 zu wechseln, wie in 3 beschrieben. Beim Betrieb von Programm 300 werden die mechanischen Merkmale, die schematisch in 4A veranschaulicht sind, verwendet. Nachdem eine bestimmte Menge schmelzflüssiges Metall 320 durch aufeinanderfolgende Schweißraupen in der Naht zwischen den Platten 12, 14 abgeschieden wurde, werden voneinander beabstandete Näherungs- oder Endanschlagschalter 322, 324 justiert, um den neuen Mittelabschnitt C und die Positionen der Sektionen A und B zu definieren. Das heißt, wenn sich der Brenner 10 vom Endanschlagschalter 322 zum Endanschlagschalter 324 bewegt, so wird kein Flag zur Verwendung im Entscheidungsblock 310 erzeugt. Somit wird der geringe Strom 230 während der Bewegung entlang dem Mittelabschnitt C beibehalten. Wenn der Brenner 10 den Endanschlagschalter 324 erreicht, so wird ein Flag im Entscheidungsblock 310 erzeugt, um eine Logik auf Leitung 314 zu erzeugen, um das elektrische Lichtbogenschweißgerät in den Hochstrom- oder -wärmemodus umzuschalten. Dieser Modus ist als die Hochwärmeimpulstransfer-Schweißwellenform von Sektion 202 veranschaulicht. Die starke Wärme wird beibehalten, bis der Brenner 10 umkehrt und sich zurück in Abschnitt C bewegt. Der Zähler 220 wird gestartet. Wenn der Zähler den eingestellten Zählwert erreicht, so schaltet die Programmsektion 202 das elektrische Lichtbogenschweißgerät in den Niedrigstrommodus von Sektion 302 zum Schweißen entlang dem Mittelabschnitt C. Die gleiche mechanische Aktion betätigt den Entscheidungsmodus 310, wenn der Brenner 10 zum Endanschlagschalter 322 zurückkehrt. Der Brenner bewegt sich entlang dem Muster P vor und zurück und hat geringe Wärme im Mittelabschnitt des Schweißvorgangs und starke Wärme an beiden Rändern. Gemäß der Standardpraxis kann es eine Verweildauer am Rand geben, um den Einbrandbetrag und die Menge an Metall zu erhöhen, die geschmolzen und an den Raupenrändern der Schweißraupe 20 abgeschieden wird.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders zur Verwendung in Schweißrobotern, wobei die Steuereinheiten des Schweißgerätes und des Roboters mit höherentwickelter PLC-Technologie arbeiten. Diese Steuereinheiten kennen die Position des Brenners zu jeder Zeit. Diese Art von Steuereinheit hat außerdem die Fähigkeit, den Schweißprozess auf der Grundlage eines Signals zu wechseln, das eine bestimmte Position des Brenners beim Durchqueren des Webemusters P anzeigt. Eine typische Installation für Roboteranwendungen enthält ein Signal, das ein Flag innerhalb der Schweißsteuereinheit setzt, so wie es durch das in 5 gezeigte Steuereinheit-Programm 400 angezeigt wird. Dieses Programm hat eine Hochwärmesektion 202a, allgemein ähnlich der in 3 und 4 gezeigten Sektion 202 mit einer Modifizierung des Entscheidungsschrittes oder Blocks. In Sektion 202a sucht der Entscheidungsschritt 410 nach der Erzeugung eines Flags während jeder der Hochfrequenzabfragen des Computerprogramms 400. Wenn kein Flag existiert, so behält das elektrische Lichtbogenschweißgerät seinen Betrieb mit einer Hochwärmewellenform in Reaktion auf Logik auf Leitung 412. Wenn eine Position erreicht wurde, an der die starke Wärme neben dem Rand beendet werden sollte, so existiert ein Flag in Block oder dem Entscheidungsschritt 410 zum Erzeugen eines Signals in Leitung 414. Dieses Signal schaltet den Betrieb des Programms 400 zu Sektion 302a um, die allgemein die gleiche wie die Programmsektion 302 in 4 ist, mit Ausnahme der Entscheidungsoperation oder des Schrittes 420, wo eine Logik auf Leitung 422 erzeugt wird, wenn es kein Flag gibt. Wenn es ein Flag gibt, das anzeigt, dass eine bestimmte Position im Roboterbetrieb des Schweißgerätes AW erreicht wurde, so erscheint eine Logik auf Leitung 424, um den Schweißprozess von einem Niedrigwärmestrommodus in einen Hochwärmeimpulstransfer-Modus umzuschalten, der durch eine Wellenform unter der Steuerung des Wellenformgenerators erzeugt wird, wie schematisch in 7 veranschaulicht ist.
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3, 4 und 5 sind schematische Darstellungen von Programmen, die in einer Steuereinheit zum Verarbeiten von Daten zum Ausführen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Es können auch andere Programmen für den gleichen Zweck entwickelt werden.
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Eine Vielzahl verschiedener Mechanismen kann dafür verwendet werden, den Brenner C entlang der Länge L der Schweißraupe 20 zu bewegen. Eine repräsentative Illustration eines solchen Mechanismus ist in 6 veranschaulicht, wobei eine Vorschubvorrichtung 500 in Form eines Zylinders oder eines Motor 502 den Brenner 10 in Querrichtung mittels des Arms 504 bewegt. Der gesamte Mechanismus wird lateral in einer Richtung senkrecht zur Zeichnung durch eine nicht gezeigte Vorrichtung bewegt. Diese Verbundbewegung erzeugt das Webemuster P, das in 1 veranschaulicht ist. Wenn der Arm 504 den Brenner 10 in Querrichtung bewegt, so wirkt das Sensorelement 506 mit Markierungen 510, 512 zusammen, um den Mittelabschnitt C der Schweißraupe zu definieren. Die Markierungen 510, 512 sind mit voneinander beabstandeten äußeren Markierungen 520, 522 verknüpft, um den Bereich zu bestimmen, während dem ein Hochwärmeschweißen verwendet wird. Die Markierungen 510, 512 und die Markierungen 520, 522 erzeugen Signale auf Leitungen P1, P2, P3 und P4, wie gezeigt. Die Bewegung des Zylinders oder Motors 502 wird durch den Betrieb der Steuereinheit 530 geregelt. Die Signale P2, P4 bestimmen das Ausmaß des Vorschubs des Arms 504 durch den Zylinder oder den Motor 502. Die Signale auf den Leitungen P1–P4 steuern ebenso die genaue Art des Schweißens, das zu einem jeweiligen Zeitpunkt während der Bewegung des Brenners 10 ausgeführt wird. Die Stromquelle 540 wird entweder durch einen Niedrigwärmeprozess betrieben, der als Steuerschaltkreis 542 angedeutet ist, oder durch einen Hochwärmeprozess, der durch den Steuerschaltkreis 544 angedeutet ist. Zum Betätigen des Wellenformsteuerschaltkreises 542 gibt es eine Vorrichtung 550, die während der Zeit zwischen einem Signal in Leitung P1 und einem Signal in Leitung P3 betätigt wird. Dieser Zyklus X erzeugt eine Logik auf Leitung 552 zum Betätigen des Niedrigwärmesteuerschaltkreises 542 für die Stromquelle 540. Der Hochwärmesteuerschaltkreis 544 wird durch die Vorrichtung 560 zwischen entweder den Signalen in den Leitungen P1 und P2 oder den Signalen in den Leitungen P3 und P4 betrieben. Dieses Signal erzeugt eine Logik in der Leitung 562, die die Wellenform von Steuerschaltkreis 544 betätigt. Das Gate 570 ist veranschaulicht, um anzuzeigen, dass entweder der Hochwärmeprozess oder der Niedrigwärmeprozess verwendet wird. Sie können nicht gleichzeitig verwendet werden. Andere Mechanismen zum Bewegen des Brenners 10 und zum Bereitstellen von Signalen zum Ändern der Schweißprozesse sind dem Fachmann bekannt, und die Illustration in 6 ist lediglich repräsentativ und veranschaulichend.
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Eine schematische Darstellung des elektrischen Lichtbogenschweißgerätes, das zur Verwendung bei der Praktizierung der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist, ist in 7 veranschaulicht, wobei das Schweißgerät AW eine Stromsversorgung 600 enthält, die mit einem Gleichrichter 610 mit einem Ausgangsgleichstromsignal an den Leitungen 612, 614 verbunden ist. Der Leistungsfaktorkorrekturwandler 620 ändert das Gleichstromsignal auf den Leitungen 612, 614 zu einem Ausgangsgleichstrombus 622, 624 zum Ansteuern des schnellschaltenden Wechselrichters 630 mit Ausgangsschweißanschlussdrähten 632, 634. Diese Anschlussdrähte erzeugen einen Schweißprozess zwischen dem vorangeschobenen Draht W, der als eine Elektrode fungiert, und dem Werkstück WP. Gemäß Standardpraxis wird der Schweißdraht W durch eine zweckmäßige Schweißdrahtversorgung bereitgestellt, die als Haspel 640 veranschaulicht ist, die durch den Motor 642 gemäß dem Ausgangssignal vom Mikroprozessor 644 angetrieben wird, und eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit hat, die durch den Schaltkreis 646 justiert wird. Die Drahtzufuhrgeschwindigkeit wird durch den Schaltkreis 646 auf eine bestimmte DZG während des verwendeten Schweißprozesses entlang der Schweißraupe 20 eingestellt. Gemäß üblicher Praxis erzeugt ein Nebenschluss 650 ein Lichtbogenstromsignal an der Vorrichtung 652, so dass eine Spannung, die den Echtzeit-Lichtbogenstrom darstellt, in der Ausgabeleitung 652a erscheint. In vergleichbarer Weise erzeugt die Vorrichtung 654 ein Lichtbogenspannungssignal in Leitung 654a. Die Ausgangswellenform des Wechselrichters 630 wird durch einen Impulsbreitenmodulator 660 bestimmt, der bei einer hohen Frequenz von mehr etwa 20 kHz durch den Oszillator 662 betrieben wird. Der digitale Eingang, der durch die Leitung 664 dargestellt wird, steuert den digitalen Impulsbreitenmodulator 660, um ein augenblickliches digitales Signal auf Leitung 666 zu erzeugen, um das Profil der Wellenform in dem Prozess zu steuern, der zwischen dem Draht W und dem Werkstück WP implementiert wird. Zum Justieren des digitalen Signals auf Leitung 664 gibt es einen digitalen analogen Verstärker 670 mit einem ersten Eingang 672, dem zu folgen ist, und einen Rückkopplungseingang 652a, der den tatsächlichen Strom des Schweißgerätes AW anzeigt. Zum Erzeugen des gewünschten Profilsignals auf Leitung 672 wird ein Standard-Wellenformgenerator 680 verwendet. Eine Zustandstabelle, die für die Wellenform eines bestimmten Schweißprozesses steht, wird aus dem Zustandstabellenspeicher, der als Blöcke 682 angedeutet ist, in den Wellenformgenerator 660 geladen. Die konkrete Tabelle, die in den Wellenformgenerator 680 geladen wird, wird durch den Selektor 684 bestimmt, der zwischen einem ersten Prozess, wie durch Block 686 angedeutet, und einem zweiten Prozess, der durch Block 688 angedeutet ist, beweglich ist. Somit wechselt der Selektor 684 zwischen den zwei eingestellten Schweißprogrammen; die Programme sind schematisch als Programme 202, 202a, 204, 302 und 302a veranschaulicht. Somit führt die vorliegende Erfindung einen Schweißvorgang unter Verwendung eines von zwei Schweißprozessen danach aus, welche der Tabellen in den Wellenformgenerator 680 geladen werden. Gemäß der normalen Praxis wird das Spannungssignal auf Leitung 654a durch eine Detektorroutine 690 gelesen, um einen Kurzschluss zu detektieren. Ein Kurzschluss ändert das Signal in Leitung 692 zum Zweck des Umschaltens des Wellenformgenerators in einer Kurzschlussaufhebungsroutine.
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Gemäß der Erfindung kann die Wellenform- oder Leistungseinstellung für die verschiedenen Schweißprozesse verschiedene Polaritäten haben. Dies wird durch die ausgewählte Wellenform aus den Tabellen von Block 682 bestimmt. Die Tabelle für eine bestimmte Wellenform erzeugt ein Signal in Leitung 694 zum Steuern der Polarität der Wellenform an den Anschlussdrähten 632, 634 durch Betätigen eines internen Polaritätsschaltkreises 696, der ein Ausgangssignal auf Leitung 698 einstellt, um die gewünschte Polarität der Wellenform einzustellen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit für das Schweißgerät AW digital, auch wenn sie in den Darstellungen von 7 mehr oder weniger analog dargestellt ist. Dieses Steuerungssystem vom Wellenformgeneratortyp wird beim Praktizieren der vorliegenden Erfindung verwendet und ist ein Merkmal der Erfindung, aber keine Einschränkung der Erfindung.
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Die Erfindung beinhaltet die Verwendung von Niedrigwärme- und Hochwärmeschweißprozessen in einer bestimmten Schweißraupe eines Webemusters zum Schweißen. Jede Schweißraupe hat eine kurze Länge, allgemein weniger als 2,0 Inch. Ein Hochwärmeprozess und ein Niedrigwärmeprozess enthalten mehrere Bestandteile, wie schematisch in 8 veranschaulicht. Der Hochwärmeprozess 700 beinhaltet eine bestimmte Polarität, wie zum Beispiel eine positive Polarität 702, eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit, wie zum Beispiel die Drahtzufuhrgeschwindigkeit 704, einen Leistungspegel 706 und einen Schweißmodus 708. Folglich beinhaltet der Begriff „Schweißprozess” eine Vielzahl anderer Merkmale als nur die Art der Wellenform, die in dem Prozess verwendet wird. Durch Ändern der Polarität, der Drahtzufuhrgeschwindigkeit und/oder des Leistungspegels wird der Betrag an Hochwärmeschweißung an den Enden der Schweißraupe gesteuert. In vergleichbarer Weise enthält der Niedrigwärmeprozess 710 eine Elektrodenpolarität 712, eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit 714, einen Leistungspegel 716 und einen Schweißmodus, der als Oberflächenspannungstransfer 718 angedeutet ist. 8 ist als eine Offenbarung der Bedeutung des Begriffes „Schweißprozess” dargestellt, der mehr als nur die Art oder den Modus des Schweißens bezeichnet.
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Die 9–15 sind verschiedene Regimes oder Techniken zum Synchronisieren des Schweißprozesses mit der Position des Brenners 10. Sie sind von repräsentativer Art, und es können noch weitere Anordnungen für eine solche Synchronisation verwendet werden. In 9 beinhaltet das Regime zum Entwickeln zweier Flag, wie in 7 erwähnt, einen Sensor 720 mit einem Logikausgang 722. Dieser Ausgang erzeugt entweder ein Flag 724 für den ersten Schweißprozess oder ein Flag 726 für den zweiten Schweißprozess. In dieser Weise werden Flags gemäß der Position gebildet, die durch Markierungen gelesen werden, die ein Signal erzeugen, wie zum Beispiel die Signale in der Leitung P1, P2. Die Schweißprozessumschalt-Flags können auch automatisch durch eine Robotervorrichtung erzeugt werden, die als Block 730 veranschaulicht ist und eine Ausgabelogik 732 zum Erzeugen eines ersten Flags 734 oder eines zweites Flags 736 aufweist. Ein Antikoinzidenz-Gate 728 von 9 ist auch als Gate 738 in 10 veranschaulicht. In dieser Weise wird immer nur jeweils eines der Flags erzeugt.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erlaubt die halbautomatische Implementierung der vorliegenden Erfindung, wie in 3 veranschaulicht, dem Bediener das Justieren der Zeit von Prozessen. Das Flussdiagramm von 11 veranschaulicht ein Beispiel eines halbautomatischen Betriebes, wobei der Bediener die Zeit der Prozesse bei 740 (beispielsweise 3 oben) justiert und das Schweißen bei 741 beginnt, einschließlich des Verschiebens des Brenners 10 entlang der Schweißraupe 20 unter Verwendung eines ersten Schweißprozesses, der beispielsweise an einem der Ränder der Schweißfuge beginnt. Bei 742 wechselt das System zum zweiten Schweißprozess und kann optional ein akustisches Signal für den Bediener bei 743 bereitstellen. Der Bediener detektiert bei 744 entweder eine inhärente Geräuschveränderung in dem Prozess, oder er hört das optionale, vom System generierte akustische Signal, das mit dem Wechsel des Schweißprozesses einher geht, und verwendet das Signal dementsprechend zum Justieren der Brennerbewegung, beispielsweise zum Steuern der Vorschubrate über den Mittelabschnitt C und die Verweilzeit in den Bereichen A und B für den zweiten Prozess. Bei 745 wechselt das System zum ersten Prozess und kann optional ein anderes akustisches Signal bei 746 bereitstellen. Bei 747 detektiert der Bediener den Prozesswechsel entweder durch die Geräuschveränderung in dem Prozess selbst oder durch das vom System generierte akustische Signal, und justiert dementsprechend die Brennerbewegung, woraufhin der Prozess zu 742 zurückkehrt, wie oben beschrieben.
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Wie in 3 beschrieben, wird ein justierbaren Timer zum Wechseln zwischen den zwei Schweißprozessen verwendet. Dieses Konzept ist schematisch in 12 veranschaulicht, wobei der Timer 750 justierbar ist, wie durch Block 754 angedeutet. Ein Beginn- oder Aktivierungssignal auf Leitung 752 veranlasst den Timer 750, eine Logik auf Leitung 756 auszugeben, wenn der Timer die justierte Sollzeit erreicht. Diese Logik aktiviert ein Flag 760 oder ein Flag 762 gemäß der Logik auf Leitung 756. Das Antikoinzidenz-Gate 764 erlaubt es, die Flags gemäß der Logik auf Leitung 756 zu betätigen. Der Timer 750 kann durch den in 13 gezeigten Zähler 780 ersetzt werden, wobei der Zähler durch die Logik auf Leitung 782 zurückgesetzt wird. Der Zählwert wird justiert, wie durch Block 784 angedeutet, so dass die Logik auf Leitung 786 bestimmt, ob das Flag 790 oder das Flag 792 aktiviert wird, um den gewünschten Schweißprozess zu einem jeweiligen Zeitpunkt während der Bewegung des Brenners 10 auszuwählen. Ein Programmsignal, das durch Block 800 in 14 angedeutet ist, kann auch zum Erzeugen der Logik auf Leitung 802 verwendet werden, um entweder Flag 804 oder Flag 806 auszuwählen. Wie in 15 gezeigt, kann der Lichtbogenstrom oder das Lichtbogenspannungssignal auf Leitung 812 zum Steuern des Programms 810 verwendet werden, um eine Logik auf Leitung 814 gemäß dem Lichtbogenstrom oder der Lichtbogenspannung zu erzeugen, die für die Position des Brenners 10 steht. Die Gates 808 und 824 dienen dem zuvor beschriebenen Zweck. Die Regimes oder Techniken, die schematisch in 9–15 veranschaulicht sind, können dafür verwendet werden, zwischen einem Schweißprozess und dem anderen Schweißprozess zu wechseln, um die vorliegende Erfindung zu implementieren.
