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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung betrifft Systeme zum Schweißen. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung Systeme zum Schweißen mittels verschiedener Schweißtechniken, aber unter Verwendung eines einzelnen Schweißmodus.
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HINTERGRUND
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Es ist allgemein bekannt, dass Schweißstromversorgungen heute zum Schweißen in verschiedenen Schweißmodi verwendet werden können. Zum Beispiel kann eine Stromversorgung befähigt sein, in einem Gleichstrom-Elektrodenpositiven (DCEP) Modus, einem Gleichstrom-Elektrodennegativen (DCEN) Modus oder einem Wechselstrommodus zu schweißen. Jeder dieser Modi hat verschiedene Vorteile und Nachteile für verschiedene Schweißprozesse. Mitunter kann es notwendig sein, auf der Basis der gewünschten Schweißparameter oder -leistung während des Schweißens zwischen Schweißmodi umzuschalten. Bei existierenden Stromversorgungen erfordert dieses Umschalten, dass die Stromversorgung die Schweißmodi wechselt, also von einem Schweißprogramm zu einem anderen umschaltet. Wenn dieses Umschalten während eines Schweißvorgangs passiert, so gibt es eine Verzögerung, während die Stromversorgung die Modi wechselt, und diese Verzögerung kann eine Störung in der Schweißwellenform verursachen und kann zur Entstehung von Schweißspritzern oder anderen negativen Ereignissen während des Schweißens führen. Darum kann das Umschalten von Schweißmodi während des Schweißens Schweißprobleme verursachen.
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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.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um eine Schweißnaht zu verbessern, wenn beim Lichtbogenschweißen ein einzelner Schweißmodus verwendet wird, schlägt die Erfindung eine Schweißstromversorgung nach Anspruch 1 vor. Bevorzugte Ausführungsformen können den unabhängigen Ansprüchen entnommen werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten Systeme und Verfahren zum Lichtbogenschweißen, bei denen in der Stromversorgung ein einzelner Schweißmodus verwendet wird, um mehrere separate und eigenständige Schweißprozesswellenformen zu erzeugen, ohne die Schweißmodi innerhalb der Steuereinheit der Stromversorgung umschalten zu müssen.
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Diese und weitere Merkmale der beanspruchten Erfindung sowie Details von veranschaulichten Ausführungsformen davon werden anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnungen besser verstanden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die oben beschriebenen und/oder weitere Aspekte der Erfindung werden anhand einer ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen besser verstanden, in denen Folgendes zu sehen ist:
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1 ist eine schaubildhafte Darstellung eines Schweißsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2A bis 2C sind schaubildhafte Darstellungen verschiedener unterschiedlicher Schweißwellenformen;
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3A und 3B sind schaubildhafte Darstellungen von Schweißwellenformen, die durch beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden können;
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4 ist eine schaubildhafte Darstellung eines Wellenformprofils, das beispielhafte Datenpunkte für einen einzelnen Schweißmodus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5A ist eine schaubildhafte Darstellung einer anderen Wellenform gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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5B ist eine schaubildhafte Darstellung einer Steuerungsmethodologie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verstehen der Erfindung unterstützen und sind nicht dafür gedacht, den Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich stets auf gleiche Elemente.
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1 ist eine veranschaulichende Ausführungsform eines Schweißsystems 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Schweißsystem enthält eine Schweißstromversorgung 110, die eine Schweißwellenform an einen Schweißbrenner 130 und ein Werkstück W durch eine Elektrode E ausgibt, um einen Schweißlichtbogen A zu generieren. Die Elektrode E wird dem Schweißvorgang über eine Drahtzufuhrvorrichtung 150 zugeführt. Die Drahtzufuhrvorrichtung 150 kann von beliebiger bekannter Bauart sein, die in der Lage ist, die Elektrode E zu der Schweißnaht zu führen, und in einigen Ausführungsformen kann die Drahtzufuhrvorrichtung 150 die Drahtzufuhrgeschwindigkeit der Elektrode E auf der Basis eines Signals von der Stromversorgung 110 justieren, was unten noch ausführlicher besprochen wird.
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Das System 100 enthält außerdem eine Bewegungsvorrichtung 160, die entweder das Werkstück W oder die Kontaktspitze 130 oder beides bewegen kann. Solche Bewegungsvorrichtungen sind allgemein bekannt und können einen Roboter, einen Schweißzugeinheit usw. enthalten. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Bewegungsvorrichtung die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißvorgangs gemäß Befehlen justieren oder ändern, die während des Schweißvorgangs empfangen werden. Wie in 1 gezeigt, kommen die Befehle von der Steuereinheit 118 in der Stromversorgung 110. Jedoch kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen eine separate Systemsteuereinheit verwendet werden, die sich außerhalb der Stromversorgung 110 befindet und den Betrieb von Komponenten in dem System 100 steuert, wie zum Beispiel der Stromversorgung 110, der Drahtzufuhrvorrichtung 150 und der Bewegungsvorrichtung 160.
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Der allgemeine Aufbau der Stromversorgung 110 kann dem bekannter Stromversorgungen ähneln, die GMAW/MIG-Schweißoperationen ausführen können, solange die Stromversorgung 110 wie im vorliegenden Text beschrieben funktionieren und arbeiten kann. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 110 ähnlich den PowerWave®-Stromversorgungen von der Lincoln Electric Company aus Cleveland, Ohio, aufgebaut sein. Natürlich sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf eine solche Bauweise beschränkt, und sie sind als lediglich beispielhaft gedacht.
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Wie in 1 gezeigt, kann die Stromversorgung 110 ein Eingangsignal durch L1, L2 und L3 empfangen. 1 zeigt einen 3-phasigen Eingang, aber andere Ausführungsformen können auch einen nur einphasigen Eingang verwenden. Die Stromversorgung 110 enthält eine Leistungswandlungseinheit 112, die das Eingangsignal empfangen und ein Signal an einen Ausgangskreis (wie zum Beispiel einen Ausgangswechselrichter 114) ausgeben kann, so dass der Ausgang der Stromversorgung 110 einen Schweißlichtbogen aufrecht erhalten kann. Die Leistungswandlungseinheit 112 kann aus einer Anzahl verschiedener Komponenten bestehen. Zum Beispiel kann sie aus einem Gleichrichterkreis und einem Buck-Boost-Kreis bestehen, der das gleichgerichtete Signal empfängt und eine Konstantspannung an den Ausgangswechselrichter 114 ausgibt. Natürlich kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen der Ausgangswechselrichter 114 auch ein Zerhacker oder irgendein anderer Typ von Ausgangskreis sein, der mit der Leistungswandlungseinheit 112 zusammen arbeiten kann, um ein Schweißsignal auszugeben. Die Stromversorgung 110 enthält außerdem einen Wellenformgenerator 116, der ein Stromkreis ist, der das Steuern des Ausgangssignals von der Leistungswandlungseinheit 112 und/oder dem Ausgangswechselrichter 114 unterstützt, um die gewünschte Schweißwellenform auszugeben, die zum Generieren des Lichtbogens A zu verwenden ist. Zum Beispiel kann der Wellenformgenerator 116 verwendet werden, um eine gewünschte Stromwellenform zu generieren, die dafür verwendet wird, den Lichtbogen A während des Schweißens zu erzeugen und aufrecht zu erhalten, und ist mit der Leistungswandlungseinheit 112 und/oder dem Ausgangswechselrichter 114 (oder irgend einer sonstigen verwendeten Ausgabekomponente) gekoppelt. Des Weiteren hat die Stromversorgung eine Steuereinheit 118, die ein beliebiger Typ von CPU oder Prozessorbaustein sein kann, der in der Lage ist, Funktionen und Operationen der Stromversorgung 110 zu steuern. Solche Steuereinheiten sind allgemein bekannt. In beispielhaften Ausführungsformen erhält die Steuereinheit eine Rückmeldung von einem Stromrückmeldungskreis 120 und einem Spannungsrückmeldungskreis 122, die eine Strom- bzw. Spannungsrückmeldung von dem Schweißlichtbogen A während eines Schweißvorgangs geben. Mit dieser Rückmeldung kann die Steuereinheit 118 die Leistung der Stromversorgung 110 justieren und optimieren, um das gewünschte Ausgangssignal bereitzustellen. Dies wird weiter unten besprochen.
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Wie in 1 gezeigt, ist in einigen Ausführungsformen die Steuereinheit 118 auch mit einer Drahtzufuhrvorrichtung 150 gekoppelt, die es der Steuereinheit erlaubt, eine Rückmeldung von der Drahtzufuhrvorrichtung 150 zu erhalten sowie den Betrieb der Drahtzufuhrvorrichtung 150, wie zum Beispiel die Drahtzufuhrgeschwindigkeit, während eines Schweißvorgangs zu steuern.
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In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält die Steuereinheit 118 entweder eine Speichervorrichtung, oder ist mit einer Speichervorrichtung gekoppelt, die Informationen für den Betrieb der Stromversorgung speichert. Für den Zweck der vorliegenden Besprechung wird die Steuereinheit 118 als ein Steuereinheitsystem angesehen, das Verarbeitungsfähigkeiten sowie Speicherfähigkeiten enthält. In bekannten Stromversorgungen speichert die Steuereinheit 118 Informationen über die verschiedenen Schweißmodi, die von der Stromversorgung für Schweißoperationen verwendet werden können. Stromversorgungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden die Steuereinheit 118 auch zum Speichern von Informationen bezüglich des Schweißens, was weiter unten noch beschrieben wird.
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Für den Zweck der vorliegenden Anmeldung ist ein Schweißmodus ein Programm, das eine Startlogik, eine Stabilzustandslogik und eine Beendigungslogik sowie verschiedene Datenpunkte, die eine Schweißausgangswellenform für einen bestimmten Schweißprozess erzeugen, enthält. Zum Beispiel ist ein DCEP-Schweißmodus ein Programm, das Logik und Datenpunkte zum Starten, Erzeugen und Beenden einer Schweißausgangswellenform enthält, die die Eigenschaften einer DCEP-Wellenform hat.
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Stromversorgungen verwenden verschiedene gespeicherte Schweißmodi in der Steuereinheit 118, um der Stromversorgung Flexibilität zur Verwendung verschiedener Schweißwellenformen für verschiedene Schweißoperationen zu verleihen. Zum Beispiel sind einige beispielhafte Schweißprozesse, die verschiedene Wellenformen verwenden, DCEP, DCEN, Impulsschweißen, Wechselstromschweißen, Surface Tension Transfer(STT)-Schweißen usw. Jeder dieser Prozesse verwendet verschiedenen Wellenformen, das heißt Wellenformen, die verschiedene Profile haben. Zum Beispiel hat eine Impulsschweißwellenform ein anderes Profil als eine DCEP-Schweißwellenform usw. In bekannten Systemen verwendet jeder dieser Schweißprozesse einen separat gespeicherten Schweißmodus innerhalb der Steuereinheit 118 für seine Implementierung. Wenn nur ein einziger Schweißprozess benötigt wird, so hat dies nur wenig Auswirkungen, da der richtige Schweißprozess und somit der richtige Modus am Beginn des Schweißvorgangs ausgewählt und während des gesamten Schweißprozesses aufrechterhalten wird. Jedoch ist es mitunter wünschenswert oder notwendig, Schweißwellenformen während des Schweißprozesses zu ändern. Um zum Beispiel die Wärmezufuhr in eine Schweißnaht zu steuern, kann es erforderlich sein, von einer DCEP- zu einer DCEN-Wellenform zu wechseln, um von einer Gleichstromwellenform zu einer Wechselstromwellenform oder umgekehrt zu wechseln. Wenn dies in bekannten Stromversorgungen ausgeführt wird, so muss die Steuereinheit 118 die Schweißmodi oder -programme so umschalten, dass die richtigen Datenpunkte oder Sollpunkte für die entsprechende Wellenform verwendet werden. Dieses Umschalten kann entweder durch den Benutzer oder durch die Steuereinheit 118 auf der Basis des programmierten oder gewünschten Ausgangssignals initiiert werden. Weil dieser Umschaltvorgang bis zu 0,1 Sekunden dauern kann, kann dies zu einer verschlechterten Leistung und zu negativen Auswirkungen auf die Qualität der Schweißnaht führen. Wenn zum Beispiel von einem Schweißmodus zu einem anderen übergegangen wird, so muss die Beendigungslogik eines Schweißmodus initiiert werden, bevor die Startlogik einer anschließenden Wellenform gestartet werden kann. Darum müssen bei einem herkömmlichen Schweißmodusübergang sowohl die Beendigungs- als auch die Startlogik verwendet werden, bevor ein neuer Schweißmodus gestartet werden kann. Dies kann nachteilig sein, wenn der Übergang während eines Schweißprozesses stattfindet.
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2A bis 2C zeigen beispielhafte Schweißwellenformen, von denen jede einen separaten und eigenständigen Schweißmodus in bekannten Stromversorgungen haben würde. 2A zeigt eine DCEP-Schweißwellenform 200, die mehrere Stromimpulse 202 und einen Hintergrundstrom 204 hat. Wie gezeigt, hat die gesamte Wellenform eine positive Polarität. Um diese Wellenform zu erzeugen, würde eine Schweißmodus des Weiteren mehrere diskrete Datenpunkte verwenden, die die Steuereinheit 118 und der Wellenformgenerator 116 dafür verwenden würden, eine DCEP-Wellenform zu erzeugen. 2A zeigt beispielhafte Datenpunkte, der verwendet werden könnten. Zum Beispiel könnte der DCEP-Modus Folgendes verwenden: einen Datenpunkt 201, der den Beginn eines Impulses 202 anzeigt, einen Spitzenstrompegel-Datenpunkt 203, der anzeigen würde, dass jeder Impuls 202 einen Spitzenstrompegel bei Punkt 203 hat, einen Spitzenstromdauer-Datenpunkt 205, der die Zeit oder Dauer des Spitzenstrompegels anzeigen würde, und einen Hintergrundstrom-Datenpunkt 207, der den Pegel anzeigt, auf dem die Wellenform für einen Hintergrundstrompegel 204 gehalten werden soll. Jeder dieser Datenpunkte könnte von der Steuereinheit 118 verwendet werden, um eine DCEP-Schweißwellenform durch die Stromversorgung zu generieren. Natürlich könnten auch andere Datenpunkte verwendet werden, um eine DCEP-Wellenform zu generieren, und das oben Beschriebene soll lediglich beispielhaft sein. Das heißt, die oben beschriebenen Datenpunkte sind nur gezeigt, um einen Satz beispielhafter Datenpunkte darzustellen, die innerhalb eines Programms oder Modus verwendet werden, um eine DCEP-Wellenform zu erzeugen. Der Benutzer und/oder die Steuereinheit 118 können dann die Positionierung einiger dieser Datenpunkte als Wellenform-Sollpunkte für einen bestimmten Schweißvorgang justieren, aber der grundlegende Schweißprozess bleibt erhalten. Zum Beispiel könnte ein Benutzer die Werte des Spitzenstroms, der Spitzendauer, der Frequenz (Zeit zwischen Datenpunkten 201) usw. justieren, um eine gewünschte Leistung zu erhalten. Jedoch bleiben innerhalb eines bestimmten einzelnen Schweißmodus oder -programms die relativen Datenpunkte unverändert, und das Ausgangssignal der Stromversorgung ist immer ein DCEP, solange der DCEP-Schweißmodus verwendet wird.
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2B und 2C sind ähnliche Darstellungen, wie in 2A gezeigt, außer dass 2B eine DCEN-Wellenform ist, die Impulse 212 verwendet. In 2B verwendet die DCEN-Wellenform 210 den Datenpunkt 211, um den Beginn eines Impulses 212 anzuzeigen, einen Spitzenstrompegel-Datenpunkt 213, der anzeigen würde, dass jeder Impuls 212 einen Spitzenstrompegel bei Punkt 213 hat, einen Spitzenstromdauer-Datenpunkt 215, der die Zeit oder Dauer des Spitzenstrompegels anzeigen würde, und einen Hintergrundstrom-Datenpunkt 217, der den Pegel anzeigt, auf dem die Wellenform für einen Hintergrundstrompegel 214 gehalten werden soll. Jeder dieser Datenpunkte könnte von der Steuereinheit 118 verwendet werden, um eine DCEN-Schweißwellenform durch die Stromversorgung zu generieren. Wie bei 2A sollen diese Datenpunkte beispielhaft sein, und es können auch andere Datenpunkte in jedem beliebigen Modus oder Programm verwendet werden, um eine DCEN-Wellenform zu erzeugen.
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2C zeigt eine beispielhafte Wechselstromschweißwellenform 220 mit sowohl positiven 222 als auch negativen 226 Impulsen und einem anderen Satz Datenpunkte, die in einem Schweißmodus durch die Steuereinheit 118 verwendet werden können, um die Wellenform 220 zu erzeugen. Zum Beispiel zeigt der Datenpunkt 221 den Beginn eines positiven Impulses 222 an, ein Spitzenstrompegel-Datenpunkt 223, der anzeigen würde, dass jeder positive Impuls 222 einen Spitzenstrompegel bei Punkt 223 hat, ein positiver Spitzenstromdauer-Datenpunkt 225, der die Zeit oder Dauer des positiven Spitzenstrompegels 223 anzeigen würde, und ein positiver Hintergrundstrom-Datenpunkt 227, der den Pegel anzeigt, auf dem die Wellenform für einen Hintergrundstrompegel 224 gehalten werden soll. Des Weiteren kann der Datenpunkt 229 verwendet werden, um anzuzeigen, wenn es gewünscht ist, von einer positiven Polarität zu einer negativen Polarität zu wechseln, um den negativen Impuls 226 zu erzeugen. Der Modus verwendet den Datenpunkt 231, um den Spitzenstrompegel für den negativen Impuls 226 anzuzeigen, und die Dauer des negativen Impulses 226 wird durch den Datenpunkt 233 bestimmt, woraufhin der Datenpunkt 227' erneut verwendet wird, um den Hintergrundstrompegel in der positiven Polarität zu definieren. Jeder dieser Datenpunkte könnte durch die Steuereinheit 118 verwendet werden, um eine Wechselstromschweißwellenform durch die Stromversorgung zu generieren. Natürlich könnten auch andere Datenpunkte verwendet werden, um eine Wechselstromwellenform zu generieren, und das oben Beschriebene soll lediglich beispielhaft sein.
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Wie zuvor erläutert, können diese Datenpunkte dann justiert werden, um Wellenform-Sollpunkte für einen bestimmten Schweißvorgang zu erzeugen. Das heißt, ihre relative Positionierung kann so justiert werden, dass Spitzenstrompegel, Frequenzen, Hintergrundstrompegel usw. für einen bestimmten Schweißvorgang eingestellt werden, aber die Datenpunkte bleiben so, dass die Wellenform eine eigenständige Wellenform bleibt, so wie es durch die eigenständigen Datenpunkte in dem Schweißmodus oder -programm vorgeschrieben wird. Des Weiteren würde, wie oben erläutert, in bekannten Schweißsystemen jede der in den 2A bis 2C gezeigten Schweißwellenformen einen separaten und eigenständigen Schweißmodus oder ein separates und eigenständiges Schweißprogramm innerhalb der Steuereinheit 118 haben, und somit würde es notwendig sein, zwischen Schweißmodi umzuschalten, wenn eine Änderung der Wellenform gewünscht werden würde.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermeiden die Notwendigkeit des Umschaltens zwischen separaten Schweißmodi (zum Beispiel das Umschalten zwischen DCEP, Wechselstrom und DCEN) durch Verwenden eines einzigen Schweißmodus oder -programms, der bzw. das in der Lage ist, von verschiedenen Schweißarten (zum Beispiel DCEP, Wechselstrom und DCEN) aus zu wechseln, ohne den Schweißmodus in der Steuereinheit 118 ändern zu müssen.
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Wir wenden uns nun den 3A und 3B zu, wo beispielhafte Wellenformen gezeigt sind, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden können. 3A zeigt ein Schweißausgangssignal oder eine Schweißwellenform 300 mit einem DCEP-Abschnitt A und einem Wechselstromabschnitt B. Das heißt, die Wellenform 300 ist eine Kombination der Wellenformen 200 und 220, die in den 2A bzw. 2C gezeigt sind. In herkömmlichen Stromversorgungen wäre es notwendig gewesen, die Schweißmodi in der Steuereinheit 118 umzuschalten, um von Abschnitt A zu Abschnitt B überzugehen, was eine eigenständige Schweißwellenform ist. Weil jedoch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen einzelnen Schweißmodus verwenden, erfordert der Übergang vom Wellenformabschnitt A zum Wellenformabschnitt B nicht, dass die Steuereinheit 118 die Schweißmodi umschaltet, sondern lediglich den Übergang von Datenpunkte, die zum Steuern des Schweißausgangssignals verwendet werden. Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen sanften Übergang von einem eigenständigen Schweißprozess zu einem anderen ohne negative Auswirkungen vornehmen.
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Gleichermaßen zeigt 3B eine andere beispielhafte Wellenform 330, die drei eigenständige Schweißprozesse verwendet. Ein erster Abschnitt A der Wellenform 330 ist ein DCEP-Abschnitt, ähnlich dem in 2A gezeigten, der zweite Abschnitt B der Wellenform 330 ist ein DCEN-Abschnitt ähnlich dem in 2B gezeigten, während der letzte Abschnitt C eine Wechselstromwellenform ähnlich der in 2C gezeigten ist. Auch hier wird, wie in 3A, die Wellenform 330 aus einem einzelnen Schweißmodus innerhalb der Steuereinheit 118 generiert, so dass keine Verzögerung beim Übergang zwischen den Abschnitten A und B sowie B und C entsteht.
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Es ist anzumerken, dass sich zwar die obigen Besprechungen auf Beispiele beziehen, die DCEP-, DCEN- und Wechselstromschweißprozesse verwenden, dass aber auch andere eigenständige Schweißprozesse verwendet und in einem einzelnen Schweißmodus integriert werden können, so wie es in der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Zu Beispielen anderer eigenständiger Schweißprozesse gehören Surface Tension Transfer (STT), Impuls usw. Des Weiteren sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf spezielle oder eigenständige Arten des Schweißens beschränkt, und sie können auch für GMAW-, GTAW-, Unterpulverlichtbogenschweißen usw. verwendet werden.
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Für den Zweck der vorliegenden Anmeldung versteht es sich, dass jeder separate und eigenständige Schweißprozess ein separater, definierbarer Schweißprozess mit einem Satz Betriebsdatenpunkten ist, der sich von anderen separaten und eigenständigen Schweißprozessen unterscheidet, wo die Datenpunkte das allgemeine Profil der zu generierenden Wellenform definieren. Zum Beispiel hat, wie in den 2A bis 2C gezeigt, jeder der Wellenformen 200, 210 und 220 eigenständige Datenpunkte, die das Gesamtprofil der Wellenformen definieren. Auch hier kann die genaue Größenordnung der Datenpunkte während des Schweißens für einen bestimmten Schweißvorgang justiert werden, aber die Datenpunkte stellen das allgemeine Profil der Schweißwellenform dar. Das heißt, die Datenpunkte in 2A definieren ein Impuls-DCEP-Schweißprozessprofil, die Datenpunkte in 2B definieren ein Impuls-DCEN-Schweißprozessprofil, und die Datenpunkte in 2C definieren ein Wechselstromschweißprozessprofil. Jedes dieser Schweißprofile ist gegenüber den anderen eigenständig.
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Es ist außerdem anzumerken, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Datenpunkte haben können, die für eine Anzahl verschiedener Schweißprozessdatenpunkt-Module innerhalb des einzelne Modus ähnlich sind, aber die Gesamtheit der Datenpunkte braucht sich nicht zwischen Wellenformen zu überlappen. Zum Beispiel hat jede der Wellenformen 200 (DCEP) und 220 (Wechselstrom) einen Datenpunkt, der einen Spitzenstrompegel für einen positiven Impuls 203 bzw. 223 identifiziert. Die Tatsache, dass sich diese Datenpunkte zwischen den Schweißprozessen überlappen, ändert nichts an der Tatsache, dass der Prozess in 2A separat und eigenständig gegenüber dem Prozess in 2C ist, da sie nicht dieselben Datenpunkte in jeder jeweiligen Wellenform verwenden.
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Somit erlauben es Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Steuereinheit 118, einen einzelnen Schweißmodus zu enthalten, der in der Lage ist, eine Schweißwellenform für mehrere eigenständige Schweißprozesse zu erzeugen, ohne Schweißmodi innerhalb der Steuereinheit 118 umschalten zu müssen.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der einzelne Schweißmodus bzw. das einzelne Schweißprogramm, der bzw. das in der Steuereinheit 118 gespeichert ist, einen einzelnen Satz Datenpunkte, die gemeinsam alle möglichen Schweißprozesse definieren können, die mit dem einzelnen Schweißmodus implementiert werden können. Wenn also der Schweißvorgang von einem Schweißprozess zu einem anderen übergeht, so werden nur die entsprechenden Datenpunkte verwendet, um die gewünschte Wellenform zu erzeugen.
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4 zeigt eine beispielhafte Gruppierung von Datenpunkten und eine entsprechende Schweißwellenform, die in einem einzelnen Schweißmodus oder Schweißprogramm innerhalb der Steuereinheit 118 gespeichert werden kann. Diese Zusammenstellung von Datenpunkten kann verwendet werden, um mehrere eigenständige Schweißprozesswellenformen zu erzeugen. Genauer gesagt, ist, wie in 4 gezeigt, die Wellenform 400 eine Wechselstromimpulswellenform mit einem Gleichstrom- und einem Wechselstromabschnitt, und der einzelne Schweißmodus würde alle gezeigten Datenpunkte enthalten, so dass die Steuereinheit 118 die Wellenform 118 wie gezeigt erzeugen kann. Genauer gesagt, identifiziert der Datenpunkt 401 den Beginn eines positiven Impulses 402, der Datenpunkt 403 definiert den Spitzenstrom für den positiven Impuls 402, und der Punkt 405 definiert die Dauer des Spitzenstroms für den Impuls 402. Der Datenpunkt 407 definiert den positiven Hintergrundstrompegel 404, und der Datenpunkt definiert den gewünschten Umschaltpunkt von der positiven Polarität zur negativen. Der Datenpunkt 411 definiert den negativen Hintergrundstrompegel 406, und der Datenpunkt 413 definiert den Beginn eines negativen Stromimpulses 408. Der Datenpunkt 415 definiert den Spitzestrompegel für den negativen Impuls 408, und der Datenpunkt 417 definiert die Dauer des Spitzestroms für den negativen Impuls 408. Der Datenpunkt 411' definiert den negativen Hintergrundstrompegel nach dem Impuls 408, und der Datenpunkt 421 definiert den Punkt, an dem es gewünscht wird, von der negativen Polarität zur positiven Polarität umzuschalten. Der Datenpunkt 409' definiert den positiven Hintergrundstrom 408, und – wie oben beschrieben – der Datenpunkt 401 bezeichnet den Beginn eines weiteren positiven Impulses 402. Um also ein Schweißausgangssignal zu generieren, das der Wellenform 400 ähnelt, verwendet die Steuereinheit 118 alle beschriebenen Datenpunkte in dem einzelnen Schweißmodus innerhalb der Steuereinheit 118. Durch Verwenden aller dieser Datenpunkte kann ein Schweißausgangssignal des gezeigten Profils generiert werden. Natürlich wird auch hier die genaue Größenordnung, die für das Ausgangssignal (Spitzenstrom, Frequenz, Hintergrundstrom usw.) verwendet wird, durch den Benutzer und/oder die Steuereinheit bestimmt, damit die Stromversorgung das gewünschte Signal ausgeben kann.
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Wenn es jedoch gewünscht wird, Schweißprozesse zu wechseln, so kann die Steuereinheit 118 jeden einzelnen oder mehrere der Datenpunkte in dem Schweißmodus ändern, auf Null setzen oder annullieren, so dass sie nicht zum Erzeugen des Schweißausgangssignals verwendet werden, wodurch das Schweißausgangssignal zu einem anderen Schweißprozess gewechselt wird, ohne den Schweißmodus oder das Schweißprogramm umzuschalten.
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Wenn zum Beispiel die Steuereinheit 118 von dem in 4 gezeigten Schweißausgangssignal zu einem DCEP-Ausgangssignal wechseln will, so kann die Steuereinheit 118 einfach die Datenpunkte 409, 411, 413, 415, 417, 411', 421 und 409' auf Null setzen oder annullieren. Das hat zur Folge, dass die Steuereinheit 118 nur die Datenpunkte 401, 403, 405 und 407 zum Erzeugen des Schweißausgangssignals verwendet. Die Verwendung dieser Datenpunkte führt zu einer DCEP-Wellenform ähnlich der, die in 2A gezeigt ist. Darum kann die Steuereinheit 118 durch Ignorieren einer Teilmenge von Datenpunkten innerhalb des einzelnen Schweißmodus zwischen eigenständigen Schweißprozessen wechseln, ohne Schweißmodi innerhalb der Steuereinheit 118 umzuschalten.
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Somit kann der einzelne Schweißmodus in der Steuereinheit 118 unter Verwendung verschiedener Teilmengen der in 4 gezeigten Datenpunkte zahlreiche eigenständige Schweißprozessprofile erzeugen, wie zum Beispiel jene, die in den 2A bis 3B gezeigt sind, ohne die Schweißmodi wechseln zu müssen. Das heißt, die Steuereinheit 118 braucht nur verschiedene Datenpunkte innerhalb des einzelnen Schweißmodus zu „aktivieren” und zu „deaktivieren”, um verschiedene eigenständige Schweißprozesse zu erzeugen, was rasch erfolgen kann, ohne Schweißmodi oder -programme umzuschalten.
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Dies kann auf verschiedene Art relativ zur Programmierung der Steuereinheit 118 bewerkstelligt werden. Zum Beispiel ist in 5A eine andere beispielhafte Wellenform 500 gezeigt, die mehrere Steuerungsdatenpunkte verwendet, wie gezeigt, die den Datenpunkten ähneln, die in den zuvor besprochenen Figuren gezeigt sind. In der Wellenform 500 stellt der Datenpunkt 501 den Beginn eines positiven Impulses dar, Punkt 503 stellt einen Spitzenstrom für einen positiven Impuls dar, Punkt 505 stellt das Ende einer positiven Spitzendauer dar, Punkt 506 stellt dar die positiven zu negativen Übergang, Punkt 507 stellt den Spitzenstrom des negativen Impulses dar, Punkt 509 stellt das Ende der negativen Spitzendauer dar, und Punkt 511 stellt das Ende des negativen Abschnitts der Wellenform 500 dar. Wie oben erläutert, kann der Wert von jedem dieser Punkte innerhalb des Schweißmodus auf der Basis der eingegebenen Informationen justiert werden, so dass mehrere verschiedene Arten von Wellenformen während des Schweißens ohne Wechseln der Schweißmodi erzeugt werden können. Zum Beispiel kann ein Benutzer während des Schweißens die Eingangsparameter so ändern, dass die Stromversorgungs-Steuereinheit jeden der Datenpunkte justiert, um das gewünschte Schweißausgangssignal zu erhalten, wobei die Datenpunkte so geändert werden können, dass die Schweißwellenform von 100% DCEP zu 100% DCEN und jedem Wechselstrom-Verhältnis dazwischen übergehen kann, ohne die Schweißmodi innerhalb der Steuereinheit umzuschalten. Zum Beispiel kann, wie in 5A gezeigt, die Wellenform 500 zu einer anderen Wellenform 520 mit einer kurzen positiven Dauer übergehen, ohne den Schweißmodus zu wechseln. Die Wellenform kann praktisch zu einem und von einem Wechselstrom geändert werden, ohne den Schweißmodus umzuschalten.
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5B zeigt einen beispielhaften Steuerungseingabeknauf 550 und eine grafische Linie 530, die die prozentuale Polarität der Wellenform darstellt. Zum Beispiel kann in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Steuerungsknauf 550 (oder ein sonstiges Benutzerbedienelement) verwendet werden. In beispielhaften Ausführungsformen kann der Benutzer während des Schweißprozesses, dass heißt, nachdem die Schweißwellenform-Startlogik implementiert wurde, den Drehknauf 550 justieren, um das Ausgangssignal der Stromversorgung zu steuern, ohne den Schweißmodus umzuschalten. Zum Beispiel kann es am Beginn des Schweißvorgangs wünschenswert sein, mit einer Wechselstromwellenform zu beginnen, wo 50% des Zyklus PE ist und 50% des Zyklus NE ist. Für dieses Ausgangssignal wird der Drehknauf 550 so positioniert, dass der Indikator 559 auf der „0”-Marke 551 steht. Bei dieser Einstellung sind die Datenpunkte in dem Schweißmodus (zum Beispiel die Datenpunkte in 5A) so eingestellt, dass die positiven und negativen Spitzendauern die gleichen sind, wie bei der Wellenform 500 in 5A. Aber während des Schweißens kann es wünschenswert sein, dieses Verhältnis zu ändern (zum Beispiel die Wärmezufuhr zu justieren), und so kann der Benutzer den Drehknauf 550 verstellen, um die Wellenbalance der Wechselstromwellenform zu justieren. Der Benutzer kann den Drehknauf 550 an die Position 557 bewegen, wo die Wellenform 75% NE und 25% PE wird, oder an die Position 555, wo die Wellenform 75% PE und 25% NE wird. Des Weiteren kann der Benutzer den Drehknauf 550 zur Position 553 justieren, was die Wellenform 100% negativ (DCEN) machen würde, oder zur Position 554, was die Wellenform 100% positiv (DCEP) machen würde. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerungsmethodologie es dem Benutzer erlauben, den Drehknauf 550 so zu justieren, dass jedes gewünschte Wellenbalanceverhältnis irgendwo zwischen vollem DCEP und vollem DCEN hergestellt werden kann, und dies kann während des Schweißens geschehen, ohne den Schweißmodus in der Steuereinheit umzuschalten. Dies geschieht durch Justieren der Parameter, die jedem der Datenpunkte zum Generieren der Wellenform (wie oben beschrieben) zugeordnet sind.
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Zum Beispiel steuert in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Benutzereingabe (zum Beispiel der Drehknauf 550) die Dauer-Datenpunkte, zum Beispiel die Datenpunkte, die sich auf die Dauer der Spitzenstrompegel beziehen (zum Beispiel die Datenpunkte 503, 505, 507 und 509 in 5A). Das heißt, wenn der Drehknauf 550 für eine 50/50-Wechselstromwellenform positioniert wird, so werden die Datenpunkte so justiert, dass die positiven und negativen Impulse die gleiche Spitzenstromzeit haben. Wenn zum Beispiel der Drehknauf 550 bei Position 551 steht, so wird jede der Spitzendauern auf die gleiche Spitzenzeit von 5 ms eingestellt. Wenn dann der Drehknauf 550 zugunsten der einen Polarität oder der anderen verstellt wird, so werden die Datenpunkte für die Spitzendauern entsprechend justiert. Wenn zum Beispiel der Drehknauf auf die Position 553 justiert wird, so werden die positiven Spitzendauer-Datenpunkte so justiert, dass die positive Spitzenzeit 0 ms beträgt; das heißt, dass es keinen positiven Impuls gibt und die Wellenform zu vollem DCEN wird. Gleichermaßen werden, wenn der Drehknauf auf die Position 554 justiert wird, die negativen Spitzendauer-Datenpunkte so justiert, dass die negative Spitzenzeit 0 ms beträgt; das heißt, dass es keinen negativen Impuls gibt und die Wellenform zu vollem DCEP wird. Somit kann der Benutzer während eines Schweißvorgangs in vollem Umfang die Ausgangswellenform von DCEP zu DCEN und jeder beliebigen Wechselstromwellenbalance dazwischen justieren. In einer solchen Ausführungsform kann der Benutzer die Spitzendauer von jedem der negativen und positiven Impulse auf irgendwo zwischen 0 ms und vollem DCEN oder vollem DCEP justieren.
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Zusätzlich zu dem oben Dargelegten gestatten beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die gleiche Justierung weiterer Parameter der Schweißwellenform mittels der Datenpunkte, wie oben besprochen. Zum Beispiel kann ein Benutzer auch beliebige oder alle von Spitzendauer, Spitzenamplitude, Hintergrundamplitude, Frequenz oder Stromänderungsraten (zunehmend oder abnehmend) mittels einer ähnlichen Methodologie wie oben beschrieben justieren. Es können verschiedene Benutzereingabe-Bedienelemente zum Steuern beliebiger dieser Parameter in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben verwendet werden. Auch hier erlaubt diese Fähigkeit es einem Benutzer, diese Parameter zu justieren und somit die Wellenform zu ändern, ohne dass die Steuereinheit eine Beendigungslogik eines bestimmten Schweißmodus und eine Startlogik eines anderen Schweißmodus ausführen muss. Es wird ein einzelner Schweißmodus verwendet, bei dem die Schweißmodus-Datenpunkte oder -Parameter während des Schweißens justiert werden, ohne dass eine Unterbrechung des Schweißens durch den Wechsel eines Schweißmodus ausgelöst wird.
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Wie oben beschrieben, kann ein Benutzer ein Benutzereingabe-Bedienelement verwenden, um eine Spitzenstromdauer während des Schweißens so zu justieren, dass der Benutzer von einer Wechselstromwellenform zu einer DCEN-Wellenform zu einer DCEP-Wellenform wechseln kann, wobei er jede beliebige Wellenbalance dazwischen ohne Wechseln der Schweißmodi herbeiführen kann. Jedoch wird in einigen beispielhaften Ausführungsformen ein Dauerschwellenparameter durch die Steuereinheit verwendet, um zu verhindern, dass die Wellenform zu einem Wellenformprofil justiert wird, das die Betriebsfähigkeiten der Stromversorgung übersteigt. Das heißt, die Steuereinheit verwendet einen Schwellenparameter, unterhalb dem die Wellenform direkt zu vollen DCEN oder DCEP geändert wird. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Schwellenparameter ein Spitzenstromdauer-Schwellenparameter, unterhalb dem die Steuereinheit die Wellenform zu vollem DCEP oder DCEP umwandelt. Dieser Parameter wird durch die Steuereinheit verwendet, um zu verhindern, dass der Benutzer die Wellenform auf Eigenschaften einstellt, die nicht effektiv oder effizient durch die Stromversorgung bewältigt werden können. In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt der Spitzenstromdauer-Schwellenparameter im Bereich von 0,8 bis 2 ms. In anderen beispielhaften Ausführungsformen beträgt die Spitzenstromdauerschwelle 1 ms. Wenn zum Beispiel die Spitzenstromdauerschwelle auf 1 ms eingestellt wird und ein Benutzer die Wellenform (zum Beispiel mittels des Drehknaufs 550) so justiert, dass die Datenpunkte für die Wellenform einen positiven Spitzenstrom erzeugen, der kleiner als 1 ms ist, so macht die Steuereinheit automatisch die Wellenform zu einer vollen DCEN-Wellenform. Dies verhindert, dass der Benutzer eine Wellenform erzeugt, die nicht effektiv durch die Stromversorgung bewältigt werden kann. Wenn der Benutzer die Wellenform so justiert, dass die Datenpunkte für die Wellenform einen negativen Spitzenstrom erzeugen, der kleiner als 1 ms ist, so macht die Steuereinheit gleichermaßen automatisch die Wellenform zu einer vollen DCEP-Wellenform.
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Wie oben erläutert, kann jede beliebige Anzahl von Datenpunkten und Parametern in dem einzelnen Schweißmodus in der Steuereinheit verwendet werden, um es einem Benutzer zu erlauben, eine Wellenform während des Schweißens justieren, und es können verschiedene Benutzereingabe-Bedienelemente vorhanden sein, die es dem Benutzer erlauben, diese Datenpunkte während des Schweißens zu justieren. Diese Flexibilität kann es erlauben, dass ein Schweißvorgang von der Verwendung einer vollen DCEN-Wellenform zu Wechselstrom und zu einer vollen DCEP-Wellenform übergeht, ohne Schweißmodi in der Steuereinheit umzuschalten und ohne irgend eine Start- oder Beendigungslogik aus einem Schweißmodus heraus zu benutzen, um zwischen diesen Schweißwellenformen umzuschalten. Außerdem erlaubt es diese Flexibilität einem Benutzer, verschiedene Schweißwellenform-Arten zu ändern, wie zum Beispiel Impuls, STT usw., ohne die Schweißmodi zu wechseln.
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Es ist anzumerken, dass sich die obige Besprechung auf die Verwendung eines einzelnen Schweißmodus und das Umschalten der Wellenform mit diesem Modus während eines Stabilzustandsschweißens konzentrierte. Natürlich enthält der oben besprochene einzelne Schweißmodus auch Start- und Beendigungslogik zum Beenden eines Schweißprozesses gemäß der dem Fachmann bekannten Start- und Beendigungslogik. Ähnlich der obigen Besprechung kann die Start- und Beendigungslogik eine Steuerungslogik und Datenpunkte verwenden, die gemäß dem Schweißprozess oder der Wellenform, der bzw. die am Beginn oder Ende des Schweißprozesses verwendet wird, justiert werden können. Oder anders ausgedrückt: Der einzelne Schweißmodus besitzt ausreichend Flexibilität, um in einem DCEN-Modus, einem Wechselstrommodus oder einem DCEP-Modus starten zu können, je nachdem, zum Starten des Schweißprozesses ausgewählt wird. Gleichermaßen besitzt der einzelne Schweißmodus eine Beendigungslogik mit der Flexibilität, den Schweißprozess aus jedem von einem DCEN-, Wechselstrom- oder DCEP-Schweißprozess heraus zu beenden. Zum Beispiel stellt die Steuereinheit in beispielhaften Ausführungsformen während des Betriebes die verschiedenen Datenpunkte und die Logik für die Start- und Beendigungslogik auf der Basis der Benutzereingabeeinstellung (zum Beispiel über den Drehknauf 550) am Beginn bzw. am Ende des Prozesses ein. Die Justierung der Datenpunkte für den Start- und Beendigungsprozess ähnelt dem, was oben mit Bezug auf den Stabilzustandsschweißvorgang besprochen wurde.
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Diese oben beschriebenen Ausführungsformen sowie weitere gemäß dem im vorliegenden Text beschriebenen Schutzumfang führen zu einem Steuern und Ausgeben einer Schweißwellenform, die aus verschiedenen Wellenformabschnitten mit eigenständigen Schweißprofilen für eigenständige Schweißprozesse besteht, ohne die Schweißmodi während des Schweißens wechseln zu müssen. Eine solche Steuerung bringt signifikante Vorteile gegenüber bekannten Steuerungsmethodologien mit sich, die mit mehreren Schweißmodi arbeiten, wodurch die Gefahr von Schweißdefekten und Fehlfunktionen während des Schweißens zunehmen kann.
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Obgleich die Erfindung unter Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden und Äquivalente substituiert werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine konkrete Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von seinem Schutzumfang abzuweichen. Es ist darum beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen zu beschränken ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen enthält, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schweißsystem
- 110
- Schweißstromversorgung
- 112
- Leistungswandlungseinheit
- 114
- Ausgangswechselrichter
- 116
- Wellenformgenerator
- 118
- Steuereinheit
- 120
- Stromrückmeldungskreis
- 122
- Spannungsrückmeldungskreis
- 130
- Schweißbrenner
- 150
- Drahtzufuhrvorrichtung
- 160
- Bewegungsvorrichtung
- 200
- Schweißwellenform
- 201
- Datenpunkt
- 202
- Stromimpulse
- 203
- Datenpunkt
- 204
- Hintergrundstrom
- 205
- Datenpunkt
- 207
- Datenpunkt
- 210
- Wellenform
- 211
- Datenpunkt
- 212
- Impulse
- 213
- Datenpunkt
- 214
- Hintergrundstrompegel
- 215
- Datenpunkt
- 220
- Schweißwellenform
- 221
- Datenpunkt
- 222
- positive Impulse
- 223
- Datenpunkt
- 224
- Hintergrundstrompegel
- 225
- Datenpunkt
- 226
- negative Impulse
- 227'
- Datenpunkt
- 229
- Datenpunkt
- 231
- Datenpunkt
- 233
- Datenpunkt
- 300
- Wellenform
- 330
- Wellenform
- 400
- Wellenform
- 401
- Datenpunkt
- 402
- positiver Impuls
- 403
- Datenpunkt
- 404
- Strompegel
- 405
- Punkt
- 406
- Hintergrundstrompegel
- 407
- Datenpunkt
- 408
- negativer Stromimpuls oder positiver Hintergrundstrom
- 409
- Datenpunkt
- 409'
- Datenpunkt
- 411
- Datenpunkt
- 411'
- Datenpunkt
- 413
- Datenpunkt
- 415
- Datenpunkt
- 417
- Datenpunkt
- 421
- Datenpunkt
- 500
- Wellenform
- 501
- Datenpunkt
- 503
- Datenpunkt
- 505
- Datenpunkt
- 507
- Datenpunkt
- 509
- Datenpunkt
- 511
- Datenpunkt
- 530
- grafische Linie
- 550
- Eingabedrehknauf
- 551
- Markierung
- 553
- Position
- 554
- Position
- 557
- Position
- 559
- Indikator
- A
- Schweißlichtbogen oder Abschnitt
- B
- Abschnitt
- C
- Abschnitt
- E
- Elektrode
- W
- Werkstück
