DE202011110683U1

DE202011110683U1 - Steuern eines Lichtbogenschweißsystems zum Reduzieren von Schweißspritzen

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Publication number: DE202011110683U1
Application number: DE202011110683.0U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: MX2013004477A; EP2629918A2; CN103269822A; JP2013541422A; CA2815440A1; WO2012052839A2; WO2012052839A3; JP5710011B2

Abstract

Vorrichtung zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist zum: Verfolgen von Zeitpunkten des Eintretens von Kurzschlussintervallen während Impulsperioden eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung einer Steuereinheit eines Schweißsystems; Schätzen einer zeitlichen Stelle eines Kurzschlussintervalls für mindestens eine nächste Impulsperiode des Impulsschweißprozesses auf der Basis des Verfolgens; und Bestimmen einer Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis des Schätzens.

Description

Diese US-Patentanmeldung beansprucht die Priorität und den Rechtsnutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Seriennummer 61/405,895, eingereicht am 22. Oktober 2010, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
Diese US-Patentanmeldung beansprucht die Priorität und den Rechtsnutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Seriennummer 61/413,007, eingereicht am 12. November 2010, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
Die Sektion der bevorzugten Ausführungsform und die Zeichnungen von US-Patent Nr. 7,304,269 , erteilt am 4. Dezember 2007, werden durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Bestimmte Ausführungsformen betreffen Ausrüstungen und Prozesse für gepulstes elektrisches Lichtbogenschweißen. Genauer gesagt, betreffen bestimmte Ausführungsformen das Erwarten von, oder das Reagieren auf, Kurzschlüsse(n), die zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück während eines gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißprozesses entstehen, durch Verringern des Ausgangsstroms während der Zeit des Kurzschlusses, um Schweißspritzer zu reduzieren.
HINTERGRUND
Beim elektrischen Lichtbogenschweißen ist ein häufig verwendeter Schweißprozess das Impulsschweißen, das in erster Linie eine Volldrahtelektrode mit einem äußeren Schutzgas verwendet. Das MIG-Schweißen arbeitet mit voneinander beabstandeten Impulsen, die zuerst das Ende einer vorangeschobenen Drahtelektrode schmelzen und dann das schmelzflüssige Metall vom Ende des Drahtes durch den Lichtbogen zum Werkstück treiben. Eine kugelförmige Masse schmelzflüssigen Metalls wird während jeder Impulsperiode des Impulsschweißprozesses transferiert. Während bestimmter Impulsperioden, speziell in Anwendungen, bei denen die Schweißelektrode sehr nahe am Werkstück arbeitet, berührt schmelzflüssiges Metall das Werkstück, bevor es sich vollständig von der vorangeschobenen Drahtelektrode löst. Dies erzeugt einen Kurzschluss zwischen der vorangeschobenen Drahtelektrode und dem Werkstück. Es ist wünschenswert, den Kurzschluss rasch zu beseitigen oder aufzuheben, um die Konsistenz zu erreichen, wie sie für ein richtiges Impulsschweißen erforderlich ist. Jedoch kann das Aufheben eines Kurzschlusses zum Entstehen unerwünschter Schweißspritzer führen. Solche Schweißspritzer verursachen Ineffizienzen im Schweißprozess und können zur Folge haben, dass schmelzflüssiges Metall über das Werkstück spritzt und später möglicherweise zum Beispiel mittels eines Schleifwerkzeugs entfernt werden muss.
Weitere Einschränkungen und Nachteile herkömmlicher, traditioneller und vorgeschlagener Lösungsansätze erkennt der Fachmann durch Vergleichen solcher Lösungsansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im übrigen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein elektrisches Lichtbogenschweißsystem zum Verringern von Schweißspritzern während eines gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißprozesses. Schweißspritzer werden während eines Schweißvorgangs reduziert, indem der Schweißausgangsstrom während einer Zeit reduziert wird, wenn ein Kurzschlusses zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück eintritt. In einer Ausführungsform ist ein Umschaltmodul, das einen elektrischen Schalter und einen Widerstandspfad enthält, in dem Rücklaufschweißstrompfad einer Stromquelle des elektrischen Lichtbogenschweißsystems enthalten. Während kurzschlussfreier Zustände des Impulsschweißvorgangs ist der elektrische Schalter geschlossen oder ein, wodurch Schweißstrom ungehindert zur Stromquelle zurückfließen kann, wobei der Widerstand durch den Schalter minimal ist. Wenn jedoch ein Kurzschluss erwartet wird oder während des Schweißprozesses eintritt, so wird der elektrische Schalter geöffnet oder ausgeschaltet, wodurch der Schweißstrom gezwungen wird, über den Widerstandspfad des Umschaltmoduls zu fließen, wodurch der Pegel des Schweißstroms auf einen Wert gesenkt wird, der niedriger ist, als er es sonst wäre. Der geringere Strom, der während des Kurzschlussintervalls generiert wird, führt zur Entstehung von weniger Schweißspritzern, wenn der Kurzschluss aufgehoben wird. Die Zeit des Eintretens eines Kurzschlusses während der Impulsperioden kann verfolgt werden, und eine Austastlücke, die das Intervall der Zeit überlappt, die einem erwarteten Kurzschluss entspricht, kann so angelegt werden, dass der Schalter während der Austastlücke offen ist.
Diese und weitere Merkmale der beanspruchten Erfindung sowie Details veranschaulichter Ausführungsformen davon werden anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnungen besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Blockschaubild eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Lichtbogenschweißsystems, das ein Umschaltmodul in einem Schweißstromrückkopplungspfad enthält;
2 veranschaulicht ein Schaubild eines Ausführungsbeispiels eines Abschnitts des Systems von 1, der das Umschaltmodul in dem Schweißstromrückkopplungspfad enthält;
3 veranschaulicht ein Schaubild einer beispielhaften Ausführungsform des Umschaltmoduls von 1 und 2;
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verhindern von Schweißspritzern in einem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißprozess unter Verwendung des Systems von 1;
5 veranschaulicht ein Beispiel einer herkömmlichen gepulsten Ausgangsstromwellenform, die aus einem herkömmlichen gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißgerät resultiert, das nicht das Umschaltmodul der 1–3 gemäß dem Verfahren von 4 verwendet;
6 veranschaulicht den Prozess explodierender Schweißspritzer, der mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsvideotechnologie in einem Freiflug-Transferprozess mit einer Fadenverbindung beobachtet wurde;
7 veranschaulicht ein Beispiel einer gepulsten Ausgangsstromwellenform, die aus dem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißgerät von 1 resultiert, das nicht das Umschaltmodul der 1–3 gemäß dem Verfahren von 4 verwendet;
8 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verhindern von Schweißspritzern in einem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißprozess unter Verwendung des Systems von 1; und
9 veranschaulicht ein Beispiel einer gepulsten Ausgangsstromwellenform, die aus dem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißgerät von 1 resultiert, das das Umschaltmodul der 1–3 gemäß dem Verfahren von 8 verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Während eines Lichtbogenschweißprozesses kann, wenn die Distanz zwischen der Spitze der Elektrode und dem Werkstück relativ klein ist, schmelzflüssiges Metall über einen Kontakttransferprozess (zum Beispiel einen Oberflächenspannungstransfer- oder STT-Prozess) oder einen Freiflug-Transferprozess (zum Beispiel einen gepulsten Schweißprozess) mit einer Fadenverbindung übertragen werden. In einem Kontakttransferprozess stellt eine schmelzflüssige Metallkugel an der Spitze der Schweißelektrode einen Kontakt zu dem Werkstück (d. h. einen Kurzschluss) her und beginnt, in die Schmelzpfütze auf dem Werkstück hinein zu „netzen”, bevor die schmelzflüssige Metallkugel beginnt, sich im Wesentlichen von der Spitze der Elektrode zu trennen.
In einem Freiflug-Transferprozess löst sich die schmelzflüssige Metallkugel von der Spitze der Elektrode und „fliegt” über den Lichtbogen zu dem Werkstück. Wenn jedoch die Distanz zwischen der Spitze der Elektrode und dem Werkstück relativ kurz ist, so kann die schmelzflüssige Metallkugel, die über den Lichtbogen fliegt, einen Kontakt zu dem Werkstück (d. h. einen Kurzschluss) herstellen, während ein dünner Faden aus schmelzflüssigem Metall immer noch die schmelzflüssige Metallkugel mit der Spitze der Elektrode verbindet. In einem solchen Freiflugtransferszenario mit Fadenverbindung neigt der dünne Faden aus schmelzflüssigem Metall zum Explodieren, wodurch Schweißspritzer entstehen, wenn die schmelzflüssige Metallkugel einen Kontakt zu dem Werkstück herstellt, wie in 6 im vorliegenden Text veranschaulicht, weil es in dem Faden zu einem raschen Stromanstieg kommt.
1 veranschaulicht ein Blockschaubild eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Lichtbogenschweißsystems 100, das ein Umschaltmodul 110 in einem Schweißausgangsrückkopplungspfad enthält und Schweißausgänge 121 und 122 bereitstellt. Das System 100 enthält einen Leistungswandler 120, der in der Lage ist, eine Eingangsleistung zu einer Schweißausgangsleistung zu konvertieren. Der Leistungswandler 120 kann zum Beispiel ein Leistungswandler vom Wechselrichtertyp oder ein Leistungswandler vom Zerhackertyp sein. Das System 100 enthält des Weiteren eine Drahtzuführvorrichtung 130, die in der Lage ist, einen Schweißelektrodendraht E zum Beispiel durch einen (nicht gezeigten) Schweißbrenner zu führen, der den Schweißelektrodendraht E mit dem Schweißausgang 121 verbindet.
Das System 100 enthält außerdem einen Stromnebenschluss 140, der zwischen dem Leistungswandler 120 und dem Schweißausgang 121 wirkverbunden ist, um einen Schweißausgangsstrom zu einem Stromrückkopplungssensor 150 des Systems 100 zu leiten, um den durch den Leistungswandler 120 erzeugten Schweißausgangsstrom abzufühlen. Das System 100 enthält des Weiteren einen Spannungsrückkopplungssensor 160, der zwischen dem Schweißausgang 121 und dem Schweißausgang 122 wirkverbunden ist, um die durch den Leistungswandler 120 erzeugte Schweißausgangsspannung zu erfühlen. Als eine Alternative könnte das Umschaltmodul 110 in den abgehenden Schweißstrompfad eingebunden werden, zum Beispiel zwischen dem Leistungswandler 120 und dem Stromnebenschluss 140, oder zwischen dem Stromnebenschluss 140 und dem Schweißausgang 121.
Das System 100 enthält außerdem eine Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170, die mit dem Stromrückkopplungssensor 150 und dem Spannungsrückkopplungssensor 160 wirkverbunden ist, um erfühlten Strom und erfühlte Spannung in Form von Signalen 161 und 162 zu empfangen, die für den Schweißausgang repräsentativ sind. Das System 100 enthält des Weiteren einen Wellenformgenerator 180, der mit der Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 wirkverbunden ist, um Befehlssignale 171 von der Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 zu empfangen, die dem Wellenformgenerator sagen, wie er das Schweißwellenformsignal 181 in Echtzeit anpassen soll. Der Wellenformgenerator 180 erzeugt ein Ausgangsschweißwellenformsignal 181, und der Leistungswandler 120 ist mit dem Wellenformgenerator 180 wirkverbunden, um das Ausgangsschweißwellenformsignal 181 zu empfangen. Der Leistungswandler 120 generiert einen modulierten Schweißausgang (zum Beispiel Spannung und Strom) durch Konvertieren einer Eingangsleistung zu einer Schweißausgangsleistung auf der Basis des Ausgangsschweißwellenformsignals 181.
Das Umschaltmodul 110 ist zwischen dem Leistungswandler 120 und dem Schweißausgang 122 wirkverbunden, der während des Betriebes mit dem Schweißwerkstück W verbunden ist. Die Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 ist ebenfalls mit dem Umschaltmodul 110 wirkverbunden, um ein Umschaltbefehlssignal (oder ein Austastsignal) 172 an das Umschaltmodul 110 zu senden. Die Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Logikschaltungen, einen programmierbaren Mikroprozessor und Computerspeicher enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 das erfühlte Spannungssignal 161, das erfühlte Stromsignal 162 oder eine Kombination von beiden verwenden, um während jeder Impulsperiode festzustellen, wann ein Kurzschluss zwischen der vorangeschobenen Elektrode E und dem Werkstück W eintritt, wann ein Kurzschluss kurz vorm Aufheben steht, und wann der Kurzschluss tatsächlich aufgehoben wurde. Solche Regimes zum Bestimmen, wann ein Kurzschluss eintritt und wann der Kurzschluss aufgehoben ist, sind dem Fachmann allgemein bekannt und werden zum Beispiel in US-7,304,269 beschrieben, wovon Abschnitte durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen sind. Die Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 kann dem Wellenformgenerator 180 befehlen, das Wellenformsignal 181 zu modifizieren, wenn der Kurzschluss eintritt und/oder wenn der Kurzschluss aufgehoben wird. Wenn zum Beispiel festgestellt wird, dass ein Kurzschluss aufgehoben wurde, so kann die Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 dem Wellenformgenerator 180 befehlen, einen Plasmaverstärkungsimpuls (siehe Impuls 750 von 7) in das Wellenformsignal 181 einzubinden, um das Eintreten eines weiteren Kurzschlusses unmittelbar nach der Aufhebung des vorangegangenen Kurzschlusses zu verhindern.
2 veranschaulicht ein Schaubild eines Ausführungsbeispiels eines Abschnitts des Systems 100 von 1, der das Umschaltmodul 110 in dem Schweißstromrückkopplungspfad enthält. Der Leistungswandler 120 kann eine Wechselrichterstromquelle 123 und eine Freilaufdiode 124 enthalten. Der Schweißausgangspfad hat eine inhärente Schweißstromkreisinduktivität 210 aufgrund der verschiedenen elektrischen Komponenten innerhalb des Schweißausgangspfades. Das Umschaltmodul 110 ist so gezeigt, dass es einen elektrischen Schalter 111 (zum Beispiel einen Leistungstransistorschaltkreis) parallel zu einem Widerstandspfad 112 (zum Beispiel einem Netzwerk aus Widerständen mit hoher Nennleistung) aufweist.
Während einer Impulsperiode der Schweißwellenform wird, wenn kein Kurzschluss vorliegt, dem elektrischen Schalter 111 befohlen, durch das Umschaltbefehlssignal 172 von der Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 geschlossen zu werden. Wenn der elektrische Schalter 111 geschlossen ist, so bildet der elektrische Schalter 111 einen sehr widerstandsarmen Pfad in dem Ausgangsschweißrückkopplungspfad, wodurch Schweißstrom durch den Schalter 111 ungehindert zum Leistungswandler 120 zurückfließen kann. Der Widerstandspfad 112 ist nach wie vor in dem Schweißausgangsrückkopplungspfad vorhanden, aber der größte Teil des Stroms fließt durch den widerstandsarmen Pfad, der durch den geschlossenen Schalter 111 gebildet wird. Wenn jedoch ein Kurzschluss detektiert wird, so wird dem elektrischen Schalter 111 durch das Umschaltbefehlssignal 172 von der Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 befohlen, sich zu öffnen. Wenn der elektrische Schalter 111 geöffnet ist, so kann kein Strom mehr durch den Schalter 111 fließen und muss deshalb durch den Widerstandspfad 112 fließen, wodurch der Pegel des Stroms aufgrund des durch den Widerstandspfad 112 erzeugten Widerstands reduziert wird.
3 veranschaulicht ein Schaubild einer beispielhaften Ausführungsform des Umschaltmoduls 110 von 1 und 2. Das Umschaltmodul 110 enthält den Transistorschaltkreis 111 und das Widerstandsnetzwerk 112, wie gezeigt. Das Umschaltmodul 110 kann eine Leiterplatte zum Montieren der verschiedenen elektrischen Komponenten des Moduls 110 enthalten, einschließlich beispielsweise des Transistorschaltkreises 111, des Widerstandsnetzwerks 112, LEDs und Statuslogikschaltungen.
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zum Verhindern von Schweißspritzern in einem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißprozess unter Verwendung des Systems 100 von 1. Schritt 410 repräsentiert einen Betrieb, wobei der Schalter 111 des Umschaltmoduls 110 ein Öffnungsschalter ist (kein Kurzschlusszustand). In Schritt 420, wenn kein Kurzschluss detektiert wird, bleibt der Schalter 111 geschlossen (kein Kurzschlusszustand). Wenn jedoch ein Kurzschluss detektiert wird, dann wird in Schritt 430 dem Schalter 111 befohlen, während des Kurzschlussintervalls (d. h. dem Zeitraum, während dem die Elektrode mit dem Werkstück kurzgeschlossen ist) eine Öffnungs- und Schließsequenz zu durchlaufen.
Die Öffnungs- und Schließsequenz in Schritt 430 beginnt durch Öffnen des Schalters 111, wenn der Kurzschluss erstmals detektiert wird. Der Schalter 111 bleibt für einen ersten Zeitraum offen (zum Beispiel die ersten 10% des Kurzschlussintervalls). Dies verringert den Ausgangsstrom rasch, so dass der Kurzschluss nicht sofort aufgelöst wird, was eine große Menge an Schweißspritzern verursachen würde. Nach dem ersten Zeitraum wird der Schalter erneut geschlossen, und der Ausgangsstrom wird während eines zweiten Zeitraums angehoben, um zu veranlassen, dass der schmelzflüssige Kurzschluss beginnt, eine Verengung zu bilden, wenn er versucht, sich von der Elektrode zu lösen und den Kurzschluss aufzuheben. Während dieses zweiten Zeitraums wird, während der Strom ansteigt, ein dv/dt-Detektionsregime ausgeführt, um vorauszusehen, wann der Kurzschluss aufgehoben werden wird (d. h. wann die Verengung reißt). Ein solches dv/dt-Regime ist dem Fachmann allgemein bekannt. Der Schalter 111 wird dann erneut geöffnet, kurz bevor der Kurzschluss aufgehoben wird (beispielsweise während der letzten 10% des Kurzschlussintervalls), um rasch den Ausgangsstrom erneut zu senken, um übermäßige Schweißspritzerbildung zu vermeiden, wenn die Verengung tatsächlich reißt (d. h. wenn der Kurzschluss tatsächlich aufgehoben wird).
In Schritt 440 bleibt der Schalter 111 offen, wenn der Kurzschluss (der Kurzschluss zwischen der Elektrode und dem Werkstück) immer noch vorhanden ist. Wenn hingegen der Kurzschluss aufgehoben wurde, dann wird in Schritt 450 der Schalter 111 erneut geschlossen. In dieser Weise durchläuft der Schalter 111 während eines Kurzschlusszustands eine Öffnungs- und Schließsequenz, und der durch den Schweißausgangspfad fließende Strom wird reduziert, wenn der Schalter offen ist, was zu weniger Schweißspritzern führt. Das Verfahren 400 wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 implementiert. Des Weiteren ist das System 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Lage, mit einer Rate von 120 kHz zu reagieren (d. h. das Umschaltmodul 110 kann mit dieser hohen Rate ein- und ausgeschaltet werden), was ausreichend Reaktionsfähigkeit auf die Detektion eines Kurzschlusses und die Detektion des Aufhebens des Kurzschlusses bedeutet, um das Verfahren 400 in einer effektiven Weise zu implementieren.
Gemäß einer etwas einfacheren alternativen Ausführungsform wird nicht die oben mit Bezug auf 4 beschriebene Öffnungs- und Schließsequenz durchlaufen, sondern der Strom des Schweißstromkreispfades wird verringert, nachdem ein Kurzschluss zwischen der vorangeschobenen Drahtelektrode und dem Werkstück detektiert wurde, indem der Schalter 111 für mindestens einen bestimmten Zeitraum geöffnet wird, wodurch der Widerstand in dem Schweißstromkreispfad aufgehoben wird. Für die meisten Impulsperioden ist der bestimmte Zeitraum eine Dauer, die eine Aufhebung des Kurzschlusses erlaubt, ohne zuerst den Strom des Schweißstromkreispfades erhöhen zu müssen. Wenn während einer bestimmten Impulsperiode der Kurzschluss aufgehoben wird, bevor der bestimmte Zeitraum in der gewünschten Weise abgelaufen ist, so schreitet der Prozess zum nächsten Teil der Impulsperiode voran. Wenn jedoch der Kurzschluss nicht innerhalb der zuvor festgelegten Periode aufgehoben wird, dann wird sofort nach einem bestimmten Zeitraum der Schalter 111 erneut geschlossen, wodurch der Strom des Schweißstromkreispfades erneut ansteigt und den Kurzschluss aufhebt. In einer solchen alternativen Ausführungsform wird der Schalter 111 einfach für mindestens einen Teil des bestimmten Zeitraums in Reaktion auf die Detektion des Kurzschlusses geöffnet. In den meisten Impulsperioden braucht der Strom nicht erhöht zu werden, um den Kurzschluss aufzuheben.
Des Weiteren kann als eine Option, wenn der Kurzschluss zwischen der vorangeschobenen Drahtelektrode und dem Werkstück detektiert wird, eine Geschwindigkeit der vorangeschobenen Drahtelektrode verlangsamt werden. Das Verlangsamen der Geschwindigkeit der vorangeschobenen Drahtelektrode hilft dabei, den Kurzschluss leichter aufzuheben, weil nicht so viel Material zu dem Kurzschluss hinzugefügt wird, wie anderenfalls hinzugefügt werden würde. Um die Geschwindigkeit der vorangeschobenen Drahtelektrode zu verlangsamen, kann ein Motor einer Drahtzuführvorrichtung, die die Drahtelektrode voranschiebt, abgeschaltet werden, und eine Bremse kann an den Motor angelegt werden. Die Bremse kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine mechanische Bremse oder eine elektrische Bremse sein.
5 veranschaulicht ein Beispiel einer herkömmlichen gepulsten Ausgangsstromwellenform 500, die aus einem herkömmlichen gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißgerät resultiert, das nicht das Umschaltmodul 110 der 1–3 gemäß dem Verfahren 400 von 4 oder dem oben beschriebenen einfacheren alternativen Verfahren verwendet. Wie aus der Wellenform 500 von 5 zu erkennen ist, kann, nachdem ein Spitzenimpuls 510 abgefeuert wurde, ein Kurzschluss eintreten, der beispielsweise am Zeitpunkt 520 beginnt und beispielsweise bis zum Zeitpunkt 530 dauert, wenn der Kurzschluss aufgehoben wird. Die Zeitpunkte 520 und 530 definieren ein Kurzschlussintervall 540. Wie in 5 zu erkennen ist, werden Spitzenimpulse 510 in regelmäßigen Intervallen während der mehreren Impulsperioden oder Zyklen des Schweißprozesses abgefeuert. Während eines bestimmten Zyklus oder einer bestimmten Impulsperiode kann ein Kurzschlusszustand eintreten oder auch nicht. Wenn in einem herkömmlichen System ein Kurzschluss eintritt, so ist der Widerstand im Schweißausgangspfad im Vergleich zur Induktivität sehr gering. Strom fließt selbst dann noch weiter, wenn die Stromquelle ausgeschaltet ist.
Wenden wir uns erneut 5 zu. Während des Kurzschlussintervalls 540 tendiert der Ausgangsstrom aufgrund des fehlenden Lichtbogens zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W zum Ansteigen (der Widerstand wird sehr gering), und auch aufgrund der Tatsache, dass die Schweißstromkreisinduktivität 210 bewirkt, dass der Strom im Schweißausgangspfad weiter fließt, selbst wenn der Leistungswandler 120 auf einen Minimumpegel zurückgeführt wird. Der Strom tendiert zum Ansteigen, bis der Kurzschluss aufgehoben wird (d. h. bis sich der Kurzschluss des schmelzflüssigen Metalls von der Elektrode E löst). Bei solchen höheren Stromstärken neigen jedoch die höheren Stromstärken dazu, das schmelzflüssige Metall explodieren zu lassen, wenn der Kurzschluss abreißt oder aufgehoben wird, was zu Schweißspritzern führt.
6 veranschaulicht den Prozess explodierender Schweißspritzer, der mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsvideotechnologie in einem Freiflug-Transferprozess mit einer Fadenverbindung beobachtet wurde. Ein hoher Spitzenimpuls (zum Beispiel 510) bewirkt, dass eine Kugel aus schmelzflüssigem Metall 610 in Richtung des Werkstücks W herausgedrückt wird, wodurch ein schmaler Faden 620 zwischen der Kugel 610 und der Elektrode E entsteht. Wenn die Kugel 610 über den Lichtbogen in Richtung des Werkstücks W fliegt, wird der Faden 620 schmaler, und letztendlich kommt es zu einem Kurzschluss zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W durch den Faden 620. Dieser Zustand tritt im Allgemeinen bei nahezu jeder Impulsperiode in einer Operation ein, wo die Schweißelektrode sehr nahe am Werkstück operiert. Insbesondere wurde entdeckt, dass bei einem Freiflugtransfer-Impulsschweißprozess der Faden 620 einen einsetzenden Kurzschluss erzeugt und eine große Menge Strom durch den schmalen Faden 620 zu fließen beginnen kann. Die zunehmende Stromstärke führt letztendlich dazu, dass der relativ dünne schmelzflüssige Faden 620 explodiert, wodurch Schweißspritzer 630 entstehen, wie in 6 gezeigt. Jedoch kann durch Integrieren des Umschaltmoduls 110 und des Verfahrens 400 (oder der einfacheren Alternative), wie oben im vorliegenden Text beschrieben, das Entstehen von Schweißspritzern 630 weitgehend reduziert werden.
7 veranschaulicht ein Beispiel einer gepulsten Ausgangsstromwellenform 700, die aus dem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißgerät 100 von 1 resultiert, das das Umschaltmodul 110 der 1–3 gemäß dem Verfahren 400 von 4 verwendet. Wie aus der Wellenform 700 von 7 zu erkennen ist, kann, nachdem ein Spitzenimpuls 710 abgefeuert wurde, ein Kurzschluss eintreten, der beispielsweise am Zeitpunkt 720 beginnt und beispielsweise bis zum Zeitpunkt 730 dauert, wenn der Kurzschluss aufgehoben wird. Die Zeitpunkte 720 und 730 definieren ein Kurzschlussintervall 740. Wie in 7 zu erkennen ist, werden Spitzenimpulse 710 in regelmäßigen Intervallen während der mehreren Impulsperioden oder Zyklen des Schweißprozesses abgefeuert. Während eines bestimmten Zyklus kann ein Kurzschlusszustand eintreten oder auch nicht. Wenn jedoch die Distanz zwischen der Spitze der Elektrode und dem Werkstück relativ klein ist, so kann ein Kurzschluss fast bei jedem Zyklus eintreten.
Wenden wir uns erneut 7 zu. Während des Kurzschlussintervalls 740 wird der Schalter 111 des Umschaltmoduls 110 geöffnet, wenn der Kurzschluss erstmals eintritt, und erneut, wenn der Kurzschluss kurz vorm Aufheben steht, wodurch veranlasst wird, dass der Ausgangsstrom durch den Widerstandspfad 112 fließt, wodurch wiederum veranlasst wird, dass der Strompegel verringert wird. Beispielsweise kann das Umschaltsignal 172 ein Logiksignal sein, das von High zu Low geht, wenn ein Kurzschluss detektiert wird, wodurch der Schalter veranlasst wird, sich zu öffnen. Gleichermaßen kann, wenn der Kurzschluss aufgehoben wird, das Umschaltsignal 172 von Low zu High gehen, um den Schalter 111 wieder zu schließen. Wenn der Schalter 111 geöffnet ist, so belastet der Widerstandspfad 112 den Schweißausgangspfad, wodurch der freilaufende Strom rasch auf gewünschte Pegel fallen kann. Der Strom tendiert zum Abnehmen, bis der Kurzschluss aufgehoben ist, und bei solchen reduzierten Stromstärken tendiert das schmelzflüssige Metall, wenn der Kurzschluss abreißt oder aufgehoben wird, dazu, in einer nicht-explodierenden Weise abgekniffen zu werden, wodurch Schweißspritzer beseitigt oder zumindest in ihrer Menge reduziert werden. Des Weiteren ist in der Wellenform 700 von 7 der Plasmaverstärkungsimpuls 750, der dafür verwendet wird, einen weiteren Kurzschluss verhindern zu helfen, der unmittelbar nach dem gerade aufgehobenen Kurzschluss eintreten würde, ausgeprägter und möglicherweise effektiver.
8 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 800 zum Verhindern von Schweißspritzern in einem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißprozess unter Verwendung des Systems 100 von 1. Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren 800 durch die Steuereinheit 170 ausgeführt. Die Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170 verfolgt die Zeitpunkte des Eintretens der Kurzschlüsse und/oder des Aufhebens der Kurzschlüsse und stellt eine Schätzung bereit, wann das Kurzschlussintervall 940 (die Zeit zwischen dem Eintreten eines Kurzschlusses und dem Aufheben des Kurzschlusses) (siehe 9) während mindestens der nächsten Impulsperiode eintreten wird. Anhand dieser Schätzung kann eine Austastlücke 960 (siehe 9) bestimmt werden, die verwendet wird, um das Austastsignal 172 zu erzeugen.
In Schritt 810 des Verfahrens 800 detektiert das System 100 das Eintreten von Kurzschlüssen und/oder das Aufheben jener Kurzschlüsse während der sich wiederholenden Impulsperioden der gepulsten Schweißwellenform gemäß bekannten Techniken. In Schritt 820 werden die Zeiten des Eintretens der detektierten Kurzschlüsse und/oder des Aufhebens innerhalb der Impulsperioden verfolgt (zum Beispiel durch die Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit 170). In Schritt 830 werden die Stelle und die Dauer des Kurzschlussintervalls 940 (siehe 9) für eine nächste Impulsperiode auf der Basis der Verfolgungsergebnisse geschätzt. In Schritt 840 wird eine überlappende Austastlücke 960 für mindestens die nächste Impulsperiode auf der Basis der geschätzten Stelle des Kurzschlussintervalls für die nächste Impulsperiode bestimmt. In Schritt 850 wird ein Austastsignal (eine Art von Umschaltsignal) 172 generiert (zum Beispiel durch die Steuereinheit 170), um während der nächsten Impulsperiode in das Umschaltmodul 110 eingespeist zu werden.
9 veranschaulicht ein Beispiel einer gepulsten Ausgangsstromwellenform 900, die aus dem gepulsten elektrischen Lichtbogenschweißgerät 100 von 1 resultiert, das das Umschaltmodul 110 der 1–3 gemäß dem Verfahren 800 von 8 verwendet. Wie aus der Wellenform 900 von 9 zu erkennen ist, kann, nachdem ein Spitzenimpuls 910 abgefeuert wurde, ein Kurzschluss eintreten, der zum Beispiel am Zeitpunkt 920 beginnt und zum Beispiel bis zum Zeitpunkt 930 dauert, wo der Kurzschluss aufgehoben wird. Die Zeitpunkte 920 und 930 definieren ein Kurzschlussintervall 940. Wie in 9 zu erkennen ist, werden Spitzenimpulse 910 in regelmäßigen Intervallen während des Schweißprozesses abgefeuert. Während eines bestimmten Zyklus kann ein Kurzschlusszustand eintreten oder auch nicht. Jedoch können während eines Schweißprozesses, wo die Lichtbogenlänge relativ kurz ist (d. h. wo die Drahtelektrode relativ nahe am Werkstück betrieben wird), Kurzschlüsse in fast jeder Impulsperiode eintreten.
Gemäß dem Verfahren 800 werden die Zeitpunkte des Eintretens des Kurzschlusses und/oder Aufhebens des Kurzschlusses innerhalb der Impulsperiode von Impulsperiode zu Impulsperiode bestimmt und verfolgt. In dieser Weise kann die Steuereinheit 170 die Stelle des Kurzschlussintervalls schätzen, das wahrscheinlich in den nächsten oder bevorstehenden Impulsperioden eintreten wird. Jedoch kann am Beginn eines gepulsten Schweißprozesses, bevor verwertbare Verfolgungsinformationen verfügbar sind, die Stelle des Kurzschlussintervalls eine gespeicherte Standardstelle sein, die beispielsweise anhand experimenteller Daten oder gespeicherter Daten eines früheren Schweißprozesses ermittelt wurde. Das Austastsignal 172 kann angepasst oder modifiziert werden, um eine Austastlücke 960 innerhalb des Austastsignals 172 zu bilden, die das geschätzte Kurzschlussintervall 940 für die nächste oder die nächsten Impulsperioden zeitlich überlappt. Idealerweise beginnt die Austastlücke 960 kurz vor dem Kurzschlussintervall 940 der nächsten Impulsperiode (zum Beispiel vor dem Zeitpunkt 920) und endet kurz nach einem Kurzschlussintervall 940 der nächsten Impulsperiode (zum Beispiel nach einem Zeitpunkt 930), daher die zeitliche Überlappung. In einer Ausführungsform werden nur die Zeitpunkte des Eintretens eines Kurzschlusses verfolgt, aber nicht das Aufheben der Kurzschlüsse. In einer solchen Ausführungsform wird die Dauer der Austastlücke anhand experimenteller Erkenntnisse so eingestellt, dass sie lange genug dauert, damit der Kurzschluss aufgehoben werden kann.
In dieser Weise braucht das tatsächliche Eintreten eines Kurzschlusses während der nächsten Impulsperiode nicht detektiert zu werden, bevor der Schalter 111 des Umschaltmoduls 110 geöffnet werden kann. Im Verlauf des gepulsten Schweißprozesses kann die Stelle des Kurzschlussintervalls driften oder sich verändern, während beispielsweise die Distanz zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück driftet oder sich verändert. Weil jedoch in dieser Ausführungsform die Stelle des Kurzschlussintervalls im zeitlichen Verlauf verfolgt wird, kann die Stelle des Austastsignals angepasst werden, um das Kurzschlussintervall effektiv zu verfolgen und vorauszusagen. Durch Öffnen des Schalters 111 während der Austastlücke 960 sinkt der Strom, und es wird erwartet, dass der Faden während der Austastlücke 960 entsteht und reißt.
Experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, dass unter Verwendung des Umschaltmoduls 110, wie im vorliegenden Text beschrieben, in einem bestimmten gepulsten Schweißszenario der Schweißausgangsstrompegel am Punkt des Aufhebens des Kurzschlusses von etwa 280 A auf etwa 40 A reduziert werden kann, was einen erheblichen Unterschied bei der Menge der entstehenden Schweißspritzer ausmacht. Im Allgemeinen hat es den Anschein, als reduziere das Verringern des Stroms auf unter 50 A signifikant Schweißspritzer. Außerdem können die Vorschubgeschwindigkeiten (zum Beispiel 60–80 Inch/Minute) und die Abscheidungsraten aufrechterhalten werden.
Andere Mittel und Verfahren zum Verringern des Schweißausgangsstrompegels während des Zeitraums, wo ein Kurzschluss zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück vorliegt, sind ebenfalls möglich. Zum Beispiel kann in einer alternativen Ausführungsform die Steuerungstopologie einer Schweißstromquelle dafür konfiguriert sein, während der Kurzschlussdauer den Ausgangsstrom auf einen stark geregelten Pegel zu steuern. Die Stromquelle kann den Kurzschlussstrom während eines Kurzschlussintervalls auf einen niedrigeren Pegel (zum Beispiel unter 50 A) steuern, um die Schweißspritzer zu reduzieren. Zum Beispiel kann, wobei wir uns 1 zuwenden, das Umschaltmodul 110 deaktiviert oder eliminiert werden, wodurch Strom ungehindert in dem Schweißausgangsstromkreispfad fließen kann. Die Steuereinheit 170 ist dafür konfiguriert, dem Wellenformgenerator 180 zu befehlen, einen Abschnitt des Ausgangsschweißwellenformsignals 181 des Schweißprozesses während der Austastlücke zu modifizieren, um den Schweißausgangsstrom durch den Schweißausgangsstromkreispfad zu verringern. Darum reduziert die Steuereinheit 170 in dieser alternativen Ausführungsform den Strom während der Austastlücke durch den Wellenformgenerator 180 und den Leistungswandler 120, anstatt über das Umschaltmodul 110. Eine solche alternative Ausführungsform kann recht gut funktionieren, wenn die Induktivität 210 des Schweißstromkreises hinreichend niedrig ist.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät und ein Verfahren zum Ausführen eines Impulsschweißprozesses offenbart werden, um Schweißspritzer zu reduzieren. Das Schweißgerät erzeugt einen Strom zwischen einer vorangeschobenen Elektrode und einem Werkstück. Das Schweißgerät enthält eine Kurzschlussdetektionsfähigkeit zum Detektieren eines Kurzschlusszustands bei Eintreten eines Kurzschlusses zwischen der vorangeschobenen Elektrode und dem Werkstück. Das Schweißgerät wird gesteuert, um den Strom zwischen der vorangeschobenen Elektrode und dem Werkstück während der Kurzschlussdauer zu verringern, um Schweißspritzer aus schmelzflüssigem Metall zu verringern, wenn der Kurzschluss aufgehoben wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess. Das Verfahren enthält das Verfolgen von Zeitpunkten des Eintretens von Kurzschlussintervallen während Impulsperioden eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung einer Steuereinheit eines Schweißsystems. Das Verfolgen kann auf das Detektieren des Eintretens von Kurzschlüssen während Impulsperioden des gepulsten Schweißprozesses und/oder das Detektieren des Aufhebens von Kurzschlüssen während Impulsperioden des gepulsten Schweißprozesses gestützt werden. Das Verfahren enthält des Weiteren das Schätzen einer zeitlichen Stelle eines Kurzschlussintervalls für mindestens eine nächste Impulsperiode des Impulsschweißprozesses auf der Basis des Verfolgens. Das Verfahren enthält außerdem das Bestimmen einer Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis des Schätzens. Das Verfahren kann des Weiteren das Generieren eines Austastsignals für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis der Austastlücke enthalten. Das Verfahren kann des Weiteren das Erhöhen eines Widerstands eines Schweißstromkreispfades des Schweißsystems während der Austastlücke in Reaktion auf das Austastsignal enthalten, um einen Schweißstrom durch den Schweißstromkreispfad während der Austastlücke zu verringern. Das Erhöhen des Widerstands kann das Öffnen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthalten, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrische Schalter mit einem Widerstandspfad innerhalb des Umschaltmoduls parallel geschaltet. Das Verfahren kann das Verringern eines Schweißstroms durch einen Schweißstromkreispfad des Schweißsystems während der Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode durch Modifizieren eines Abschnitts einer Wellenform des Schweißprozesses während der Austastlücke enthalten, wobei die Wellenform durch einen Wellenformgenerator des Schweißsystems generiert wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die Austastlücke zeitlich breiter als, und überlappt zeitlich, ein erwartetes Kurzschlussintervall von mindestens einer nächsten gepulsten Periode.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess. Das System enthält eine Steuereinheit, die dafür konfiguriert ist, Zeitpunkte des Eintretens von Kurzschlussintervallen während Impulsperioden eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses eines Schweißsystems zu verfolgen. Die Steuereinheit ist des Weiteren dafür konfiguriert, eine zeitliche Stelle eines Kurzschlussintervalls für mindestens eine nächste Impulsperiode des gepulsten Schweißprozesses auf der Basis des Verfolgens zu schätzen. Die Steuereinheit ist des Weiteren dafür konfiguriert, eine Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis des Schätzens zu bestimmen. Die Steuereinheit kann auch dafür konfigurierten sein, ein Austastsignal für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis der Austastlücke zu generieren. Gemäß einer Ausführungsform ist die Austastlücke zeitlich breiter als, und überlappt zeitlich, ein erwartetes Kurzschlussintervall von mindestens einer nächsten Impulsperiode. Das System kann des Weiteren ein Umschaltmodul enthalten, das in einem Schweißstromkreispfad des Schweißsystems angeordnet ist und mit der Steuereinheit wirkverbunden ist. Das Umschaltmodul ist dafür konfiguriert, einen Widerstand des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems während der Austastlücke in Reaktion auf das Austastsignal zu erhöhen, um einen Schweißstrom durch den Schweißstromkreispfad während der Austastlücke zu verringern. Das Umschaltmodul enthält einen elektrischen Schalter und einen Widerstandspfad in Parallelschaltung. Die Steuereinheit kann dafür konfiguriert sein, einem Wellenformgenerator des Schweißsystems zu befehlen, einen Schweißstrom durch einen Schweißstromkreispfad des Schweißsystems während der Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode durch Modifizieren eines Abschnitts einer Wellenform des Schweißprozesses während der Austastlücke zu verringern. Die Steuereinheit kann des Weiteren dafür konfiguriert sein, das Eintreten von Kurzschlüssen während Impulsperioden des gepulsten Schweißprozesses zu detektieren und das Eintreten des Aufhebens von Kurzschlüssen während Impulsperioden des gepulsten Schweißprozesses zu detektieren.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess. Das Verfahren enthält das Detektieren eines Kurzschlusses während einer Impulsperiode eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung einer Steuereinheit eines Schweißsystems. Das Verfahren enthält des Weiteren das Erhöhen eines Widerstands eines Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für einen ersten Zeitraum, um einen Schweißstrom durch den Schweißstromkreispfad in Reaktion auf das Detektieren des Kurzschlusses zu verringern. Das Verfahren enthält außerdem das Verringern des Widerstands des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für einen zweiten Zeitraum unmittelbar nach einem ersten Zeitraum zum Erhöhen des Schweißstroms durch den Schweißstromkreispfad. Das Verfahren enthält des Weiteren das Erhöhen des Widerstands des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für einen dritten Zeitraum unmittelbar nach einem zweiten Zeitraum zum Verringern des Schweißstroms durch den Schweißstromkreispfad in Erwartung des Aufhebens des Kurzschlusses. Das Erhöhen des Widerstands kann das Öffnen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthalten, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist. Das Verringern des Widerstands kann das Schließen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthalten, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist. Das Verfahren kann des Weiteren Folgendes enthalten: Detektieren, dass ein Kurzschluss aufgehoben wurde, und Verringern des Widerstands des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems in Reaktion auf das Detektieren, dass der Kurzschluss aufgehoben wurde.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess. Das Verfahren enthält das Detektieren eines Kurzschlusses zwischen einem Werkstück und einer vorangeschobenen Drahtelektrode während einer Impulsperiode eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung einer Steuereinheit eines Schweißsystems. Das Verfahren enthält des Weiteren das Verringern eines Stroms eines Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für mindestens einen Abschnitt eines bestimmten Zeitraums in Reaktion auf das Detektieren des Kurzschlusses, wobei, während der meisten Impulsperioden des gepulsten Lichtbogenschweißprozesses, der bestimmte Zeitraum von einer Dauer ist, die es erlaubt, den Kurzschluss aufzuheben, ohne zuerst den Strom des Schweißstromkreispfades erhöhen zu müssen. Das Verringern des Stroms kann das Erhöhen eines Widerstands des Schweißstromkreispfades enthalten. Das Erhöhen des Widerstands kann das Öffnen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthalten, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist, wobei das Umschaltmodul den elektrischen Schalter in Parallelschaltung mit einem Widerstandspfad enthält. Das Verfahren kann des Weiteren enthalten, den Strom des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems unmittelbar nach dem bestimmten Zeitraum zu erhöhen, wenn der Kurzschluss nicht aufgehoben wurde. Das Erhöhen des Stroms kann das Verringern eines Widerstands des Schweißstromkreispfades enthalten. Das Verringern des Widerstands kann das Schließen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthalten, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist, wobei das Umschaltmodul den elektrischen Schalter in Parallelschaltung mit einem Widerstandspfad enthält. Das Verfahren kann des Weiteren das Verlangsamen einer Geschwindigkeit der vorangeschobenen Drahtelektrode in Reaktion auf das Detektieren des Kurzschlusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück enthalten. Das Verlangsamen der Geschwindigkeit der vorangeschobenen Drahtelektrode kann das Ausschalten eines Motors einer Drahtzuführvorrichtung, die die Drahtelektrode voranschiebt, und das Anlegen einer Bremse an den Motor enthalten. Die Bremse kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine mechanische Bremse oder eine elektrische Bremse sein.
Obgleich der beanspruchte Gegenstand der vorliegenden Anmeldung anhand konkreter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente verwendet werden können, ohne vom Geltungsbereich des beanspruchten Gegenstandes abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine konkrete Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren des beanspruchten Gegenstandes anzupassen, ohne von seinem Geltungsbereich abzuweichen. Es ist darum beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand nicht auf die konkret offenbarte Ausführungsform zu beschränken ist, sondern dass der beanspruchte Gegenstand alle Ausführungsformen enthält, die in den Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

100: elektrisches Lichtbogenschweißsystem
110: Umschaltmodul
111: elektrischer Schalter
112: Widerstandspfad
120: Leistungswandler
121: Schweißausgang
122: Schweißausgang
123: Wechselrichterstromquelle
124: Freilaufdiode
130: Drahtzuführvorrichtung
140: Stromnebenschluss
150: Stromrückkopplungssensor
160: Spannungsrückkopplungssensor
161: Signal
162: Signal
170: Hochgeschwindigkeits-Steuereinheit
171: Befehlssignale
172: Umschaltbefehlssignal
180: Wellenformgenerator
181: Ausgangswellenformsignal
210: Schweißstromkreisinduktivität
400: Verfahren
410: Schritt
420: Schritt
430: Schritt
440: Schritt
450: Schritt
500: Wellenform
510: Spitzenimpuls
520: Zeitpunkt
530: Zeitpunkt
540: Kurzschlussintervall
610: Kugel aus schmelzflüssigem Metall
620: Faden
630: Schweißspritzern
700: Stromwellenform
710: Spitzenimpuls
720: Zeitpunkt
730: Zeitpunkt
740: Kurzschlussintervall
800: Verfahren
810: Schritt
820: Schritt
830: Schritt
840: Schritt
850: Schritt
900: Stromwellenform
910: Spitzenimpuls
920: Zeitpunkt
930: Zeitpunkt
940: Kurzschlussintervall
960: Austastlücke
E: Schweißelektrodendraht
W: Schweißwerkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7304269 [0003, 0024]

Claims

Vorrichtung zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist zum: Verfolgen von Zeitpunkten des Eintretens von Kurzschlussintervallen während Impulsperioden eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung einer Steuereinheit eines Schweißsystems; Schätzen einer zeitlichen Stelle eines Kurzschlussintervalls für mindestens eine nächste Impulsperiode des Impulsschweißprozesses auf der Basis des Verfolgens; und Bestimmen einer Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis des Schätzens.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren ausgestaltet zum: Generieren eines Austastsignals für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis der Austastlücke.
Vorrichtung nach Anspruch 2, des Weiteren ausgestaltet zum: Erhöhen eines Widerstands eines Schweißstromkreispfades des Schweißsystems während der Austastlücke in Reaktion auf das Austastsignal, um einen Schweißstrom durch den Schweißstromkreispfad während der Austastlücke zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Erhöhen des Widerstands das Öffnen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthält, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der elektrische Schalter in Parallelschaltung mit einem Widerstandspfad steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, des Weiteren ausgestaltet zum: Verringern eines Schweißstroms durch einen Schweißstromkreispfad des Schweißsystems während der Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode durch Modifizieren eines Abschnitts einer Wellenform des Schweißprozesses während der Austastlücke, wobei die Wellenform durch einen Wellenformgenerator des Schweißsystems generiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Austastlücke zeitlich breiter ist als ein erwartetes Kurzschlussintervall von mindestens einer nächsten Impulsperiode und dieses zeitlich überlappt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfolgen auf dem Detektieren des Eintretens von Kurzschlüssen und/oder des Aufhebens der Kurzschlüsse während Impulsperioden des gepulsten Schweißprozesses basiert.
System zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess, wobei das System eine Steuereinheit umfasst, die für Folgendes konfiguriert ist: Verfolgen von Zeitpunkten des Eintretens von Kurzschlussintervallen während Impulsperioden eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses eines Schweißsystems; Schätzen einer zeitlichen Stelle eines Kurzschlussintervalls für mindestens eine nächste Impulsperiode des Impulsschweißprozesses auf der Basis des Verfolgens; und Bestimmen einer Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis des Schätzens; und/oder wobei die Steuereinheit des Weiteren dafür konfiguriert ist, ein Austastsignal für mindestens eine nächste Impulsperiode auf der Basis der Austastlücke zu generieren; und/oder des Weiteren ein Umschaltmodul umfasst, das in einem Schweißstromkreispfad des Schweißsystems angeordnet ist und mit der Steuereinheit wirkverbunden ist, wobei das Umschaltmodul dafür konfiguriert ist, einen Widerstand des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems während der Austastlücke in Reaktion auf das Austastsignal zu erhöhen, um einen Schweißstrom durch den Schweißstromkreispfad während der Austastlücke zu verringern; und/oder wobei das Umschaltmodul einen elektrischen Schalter und einen Widerstandspfad in Parallelschaltung enthält; und/oder wobei die Steuereinheit des Weiteren dafür konfiguriert ist, einem Wellenformgenerator des Schweißsystems zu befehlen, einen Schweißstrom durch einen Schweißstromkreispfad des Schweißsystems während der Austastlücke für mindestens eine nächste Impulsperiode durch Modifizieren eines Abschnitts einer Wellenform des Schweißprozesses während der Austastlücke zu verringern; und/oder wobei die Austastlücke zeitlich breiter ist als ein erwartetes Kurzschlussintervall von mindestens einer nächsten Impulsperiode und dieses zeitlich überlappt; und/oder wobei die Steuereinheit des Weiteren dafür konfiguriert ist, das Eintreten von Kurzschlüssen und/oder das Aufheben der Kurzschlüsse während Impulsperioden des gepulsten Schweißprozesses zu detektieren.
Vorrichtung zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist zum: Detektieren eines Kurzschlusses zwischen einem Werkstück und einer vorangeschobenen Elektrode während einer Impulsperiode eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung einer Steuereinheit eines Schweißsystems; Erhöhen eines Widerstands eines Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für einen ersten Zeitraum zum Verringern eines Schweißstroms durch den Schweißstromkreispfad in Reaktion auf das Detektieren des Kurzschlusses; Verringern des Widerstands des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für einen zweiten Zeitraum unmittelbar nach einem ersten Zeitraum zum Erhöhen des Schweißstroms durch den Schweißstromkreispfad; und Erhöhen des Widerstands des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für einen dritten Zeitraum unmittelbar nach einem zweiten Zeitraum zum Verringern des Schweißstroms durch den Schweißstromkreispfad in Erwartung des Aufhebens des Kurzschlusses.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Erhöhen des Widerstands das Öffnen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthält, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist; und/oder wobei das Verringern des Widerstands das Schließen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthält, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, des Weiteren ausgestaltet zu detektieren, dass der Kurzschluss aufgehoben wurde, und bevorzugt des Weiteren ausgestaltet, den Widerstand des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems in Reaktion auf das Detektieren, dass der Kurzschluss aufgehoben wurde, zu verringern.
Vorrichtung zum Verringern von Schweißspritzern in einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist zum: Detektieren eines Kurzschlusses zwischen einem Werkstück und einer vorangeschobenen Drahtelektrode während einer Impulsperiode eines gepulsten Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung einer Steuereinheit eines Schweißsystems; und Verringern eines Stroms eines Schweißstromkreispfades des Schweißsystems für mindestens einen Abschnitt eines bestimmten Zeitraums in Reaktion auf das Detektieren des Kurzschlusses, wobei, während der meisten Impulsperioden des gepulsten Lichtbogenschweißprozesses, der bestimmte Zeitraum von einer Dauer ist, die es erlaubt, den Kurzschluss aufzuheben, ohne zuerst den Strom des Schweißstromkreispfades erhöhen zu müssen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Verringern des Stroms das Erhöhen eines Widerstands des Schweißstromkreispfades enthält; und wobei bevorzugt das Erhöhen eines Widerstands das Öffnen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthält, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist, wobei das Umschaltmodul den elektrischen Schalter in Parallelschaltung mit einem Widerstandspfad enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Erhöhen des Stroms des Schweißstromkreispfades des Schweißsystems unmittelbar nach dem bestimmten Zeitraum umfasst, wenn der Kurzschluss nicht aufgehoben wurde; und/oder wobei das Erhöhen des Stroms das Verringern eines Widerstands des Schweißstromkreispfades enthält; und/oder wobei das Verringern eines Widerstands das Schließen eines elektrischen Schalters eines Umschaltmoduls enthält, das in dem Schweißstromkreispfad angeordnet ist, wobei das Umschaltmodul den elektrischen Schalter in Parallelschaltung mit einem Widerstandspfad enthält; und/oder die des Weiteren zum Verlangsamen einer Geschwindigkeit der vorangeschobenen Drahtelektrode in Reaktion auf das Detektieren des Kurzschlusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück ausgestaltet; und/oder wobei das Verlangsamen einer Geschwindigkeit der vorangeschobenen Drahtelektrode das Ausschalten eines Motors einer Drahtzuführvorrichtung, die die Drahtelektrode voranschiebt, und das Anlegen einer Bremse an den Motor enthält; und/oder wobei die Bremse bevorzugt eine mechanische oder eine elektrische Bremse ist.