DE212015000071U1

DE212015000071U1 - System zur Verwendung einer kombinierten Fülldrahtzufuhr- und Hochintensitäts-Energiequelle zum Schweissen mit gesteuerter Lichtbogenbildungsfrequenz

Info

Publication number: DE212015000071U1
Application number: DE212015000071.0U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-11-22
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: JP2018114557A; CN106029280A; JP3208810U; WO2015124997A1

Abstract

Verbrauchsmaterialabscheidungssystem (100), das Folgendes umfasst: eine Stromversorgung (170), die eine Stromwellenform (500) in ein Verbrauchsmaterial (140) einspeist, das in eine schmelzflüssige Schweißpfütze auf mindestens einem Werkstück (115) abgeschieden werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwellenform (500) Folgendes umfasst: einen Lichtbogenabscheidungsabschnitt, der zu einem Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial (140) und der Schweißpfütze führt; und einen Warmdrahtabschnitt, während dem ein Erwärmungsstrom in das Verbrauchsmaterial (140) eingespeist wird und kein Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial (140) und der Schweißpfütze erzeugt wird; wobei die Stromversorgung (170) eine Steuereinheit enthält, die eine gewünschte Wärmezufuhr in das mindestens eine Werkstück (115) aus der Stromwellenform (500) bestimmt, und die Stromversorgung (170) die Stromwellenform (500) zwischen dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt und dem Warmdrahtabschnitt alterniert, um die Wärmezufuhr in das Werkstück (115) aus der Stromwellenform (500) so zu steuern, dass die gewünschte Wärmezufuhr aufrecht erhalten wird.

Description

AUFNAHME DURCH BEZUGNAHME
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen Anmeldung 61/943,633, eingereicht am 24. Februar 2014, und der US-Patentanmeldung 14/561,904, eingereicht am 5. Dezember 2014, die hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen werden; und die vorliegende Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der, und beansprucht die Priorität der, US-Patentanmeldung Nr. 13/212,025, eingereicht am 17. August 2011, die hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird, die eine Teilweiterbehandlung der US-Patentanmeldung Nr. 12/352,667, eingereicht am 13. Januar 2009, ist, die hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Bestimmte Ausführungsformen betreffen Fülldrahtauftragsanwendungen sowie Schweiß- und Verbindungsanwendungen. Genauer gesagt, betreffen bestimmte Ausführungsformen Systeme zur Verwendung in einem Warmdrahtabscheidungsprozess mit entweder einem Laser- oder einem Lichtbogenschweißprozess. Insbesondere stellt die Erfindung ein Verbrauchsmaterialabscheidungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 12 bereit.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In der jüngeren Vergangenheit sind Fortschritte auf dem Gebiet des Warmdrahtschweißens erreicht worden. Jedoch ist es möglich, dass einige dieser Prozesse und Systeme nicht die gewünschte oder notwendige Wärmezufuhr für den Schweiß- oder Auftragsvorgang liefern. Dadurch kann es wünschenswert sein, zusätzliche Wärme in den Schweiß- oder Auftragsvorgang einzuleiten.
Weitere Einschränkungen und Nachteile von konventionellen, herkömmlichen und vorgeschlagenen Lösungsansätzen werden dem Fachmann anhand eines Vergleichs solcher Lösungsansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbar, die im restlichen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein System zum Abscheiden von Material in einem Auftrags-, Plattierungs-, Füge- oder Schweißprozess unter Verwendung einer Warmdrahttechnik. Ausführungsformen der vorliegenden verwenden ein Warmdrahtabscheidungsverfahren, in dem mehrere Lichtbogenbildungsereignisse zwischen dem Draht und dem Werkstück erzeugt werden, um den Prozess zu unterstützen. Die Lichtbogenbildungsereignisse können die Steuerung der Wärmezufuhr in den Prozess unterstützen sowie die Leistung des Prozesses steigern, ohne die Integrität des Prozesses zu beeinträchtigen.
Diese und weitere Merkmale der beanspruchten Erfindung sowie Details veranschaulichter Ausführungsformen davon sowie weiterer Ausführungsformen werden anhand der folgenden Beschreibung, Ansprüche und Zeichnungen besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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:
1 ist eine schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Warmdraht- und Lasersystem;
2 ist eine schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Warmdraht- und Lichtbogenschweißsystems;
3 ist eine weitere schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Warmdrahtstromversorgung und eines Systems, in dem sie verwendet wird;
4 ist eine schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Spannungs- und Stromwellenform für einen Warmdrahtprozess gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Warmdraht-Stromwellenform, die mit einer Lichtbogenschweißstromwellenform synchronisiert ist;
6 ist eine schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Wellenform für ein Warmdrahtschweißen am Beginn des Prozesses;
7 ist eine schaubildhafte Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Schweißsystems der vorliegenden Erfindung;
8A und 8B sind schaubildhafte Darstellungen von beispielhaften Stromwellenformen, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
9 ist eine schaubildhafte Darstellung einer weiteren beispielhaften Schweißwellenform, die durch Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann; und
10A und 10B sind beispielhafte Schweißfugenquerschnitte, die mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreicht werden können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden nun im Folgenden 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 Geltungsbereich der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich stets auf gleiche Elemente.
1 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines kombinierten Fülldrahtzufuhrvorrichtungs- und Energiequellensystems 100 zum Ausführen von Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftragsschweißsowie Füge- und Schweißanwendungen. Das System 100 enthält ein Laser-Teilsystem, das in der Lage ist, einen Laserstrahl 110 auf ein Werkstück 115 zu fokussieren, um das Werkstück 115 zu erwärmen. Das Laser-Teilsystem ist eine hoch-intensive Energiequelle. Das Laser-Teilsystem kann eine beliebige Form einer hochenergetischen Laserquelle sein, einschließlich beispielsweise Kohlendioxid-, Nd:YAG-, Yb-Scheiben-, YB-Faser-, Faserübertragungs- oder Direktdioden-Lasersysteme. Es können auch andere Arten von Lasersystemen verwendet werden, wenn sie genügend Energie haben. Weitere Ausführungsformen des Systems können mindestens eines von Folgendem enthalten: einen Elektronenstrahl, ein Plasma-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Gas-Wolfram-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Gas-Metall-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Flussmittelkern-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, und ein Unterpulver-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, um als die hoch-intensive Energiequelle zu dienen. Die folgende Spezifikation nimmt wiederholt Bezug auf das Lasersystem, den Laserstrahl und die Laserstromversorgung; es versteht sich jedoch, dass diese Verweise nur beispielhafter Art sind, da jede beliebige hoch-intensive Energiequelle verwendet werden kann. Zum Beispiel kann eine hoch-intensive Energiequelle mindestens 500 W/cm² bereitstellen. Das Laser-Teilsystem enthält eine Laservorrichtung 120 und eine Laserstromversorgung 130, die miteinander wirkverbunden sind. Die Laserstromversorgung 130 liefert die Energie zum Betreiben der Laservorrichtung 120.
Das System 100 enthält außerdem ein Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem, das in der Lage ist, mindestens einen ohmschen Fülldraht 140 bereitzustellen, um einen Kontakt mit dem Werkstück 115 in der Nähe des Laserstrahls 110 herzustellen. Natürlich versteht es sich, dass mit der Erwähnung des Werkstücks 115 im vorliegenden Text die Schmelzpfütze als Teil des Werkstücks 115 angesehen wird, so dass der Verweis auf einen Kontakt mit dem Werkstück 115 auch einen Kontakt mit der Pfütze enthält. Das Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem enthält eine Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150, ein Kontaktrohr 160 und eine Warmdraht-Stromversorgung 170. Während des Betriebes wird der Fülldraht 140, der dem Laserstrahl 110 vorauseilt, durch elektrischen Strom aus der Warmdraht-Stromversorgung 170, die zwischen dem Kontaktrohr 160 und dem Werkstück 115 wirkverbunden ist, widerstandserwärmt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Warmdraht-Stromversorgung 170 eine Gleichstromversorgung, obgleich Wechselstrom- oder sonstige Arten von Stromversorgungen ebenfalls möglich sind. Der Draht 140 wird von der Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150 durch das Kontaktrohr 160 in Richtung des Werkstücks 115 geführt und erstreckt sich über das Rohr 160 hinaus. Der Verlängerungsabschnitt des Drahtes 140 wird so widerstandserwärmt, dass der Verlängerungsabschnitt sich dem Schmelzpunkt annähert oder diesen erreicht, bevor er eine Schweißpfütze auf dem Werkstück berührt. Der Laserstrahl 110 dient zum Schmelzen eines Teils des Grundmetalls des Werkstücks 115, um eine Schweißpfütze zu bilden, und dient auch zum Schmelzen des Drahtes 140 auf das Werkstück 115. Die Stromversorgung 170 liefert einen großen Teil der Energie, die benötigt wird, um den Fülldraht 140 widerstandszuerwärmen. Das Zuführvorrichtungs-Teilsystem kann gemäß bestimmten anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Lage sein, gleichzeitig einen oder mehrere Drähte bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein erster Draht für Hartauftragsschweißen und/oder Korrosionsschützen des Werkstücks verwendet werden, und ein zweiter Draht kann dafür verwendet werden, die Struktur des Werkstücks zu verstärken.
Das System 100 enthält des Weiteren ein Bewegungssteuerungsteilsystem, das in der Lage ist, den Laserstrahl 110 (die Energiequelle) und den ohmschen Fülldraht 140 in derselben Richtung 125 entlang des Werkstücks 115 (wenigstens im relativen Sinn) dergestalt zu bewegen, dass der Laserstrahl 110 und der ohmsche Fülldraht 140 in einer festen Beziehung zueinander bleiben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Relativbewegung zwischen dem Werkstück 115 und der Laser/Draht-Kombination erreicht werden, indem man tatsächlich das Werkstück 115 bewegt oder indem man die Laservorrichtung 120 und das Drahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem bewegt. In 1 enthält das Bewegungssteuerungsteilsystem eine Bewegungssteuereinheit 180, die mit einem Roboter 190 wirkverbunden ist. Die Bewegungssteuereinheit 180 steuert die Bewegung des Roboters 190. Der Roboter 190 ist mit dem Werkstück 115 wirkverbunden (zum Beispiel mechanisch daran befestigt), um das Werkstück 115 so in der Richtung 125 zu bewegen, dass sich der Laserstrahl 110 und der Draht 140 praktisch an dem Werkstück 115 entlang bewegen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Laservorrichtung 110 und das Kontaktrohr 160 in einem einzelnen Kopf integriert sein. Der Kopf kann über ein Bewegungssteuerungsteilsystem, das mit dem Kopf wirkverbunden ist, entlang des Werkstücks 115 bewegt werden.
Im Allgemeinen gibt es verschiedene Verfahren, wie eine hoch-intensive Energiequelle und ein Warmdraht relativ zu einem Werkstück bewegt werden können. Wenn das Werkstück zum Beispiel rund ist, so können die hoch-intensive Energiequelle und der Warmdraht ortsfest sein, und das Werkstück kann unter der hoch-intensiven Energiequelle und dem Warmdraht gedreht werden. Alternativ kann sich ein Roboterarm oder eine Linearzugvorrichtung parallel zu dem runden Werkstück bewegen, und während das Werkstück gedreht wird, können sich die hoch-intensive Energiequelle und der Warmdraht kontinuierlich oder schrittweise einmal je Umdrehung bewegen, um zum Beispiel Material auf die Oberfläche des runden Werkstücks aufzutragen. Wenn das Werkstück flach oder zumindest nicht rund ist, so kann das Werkstück unter der hoch-intensiven Energiequelle und dem Warmdraht bewegt werden, wie in 1 gezeigt. Jedoch kann auch ein Roboterarm oder eine Linearzugvorrichtung oder sogar ein an einem Träger montierter Schlitten dafür verwendet werden, eine hoch-intensive Energiequelle und einen Warmdrahtkopf relativ zu dem Werkstück zu bewegen.
Das System 100 enthält des Weiteren ein Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195, das mit dem Werkstück 115 und dem Kontaktrohr 160 wirkverbunden ist (d. h. praktisch mit dem Ausgang der Warmdrahtstromversorgung 170 verbunden ist) und in der Lage ist, einen Potenzialunterschied (d. h. eine Spannung V) zwischen dem Werkstück 115 und dem Warmdraht 140 und einen Strom (I) durch das Werkstück 115 und den Warmdraht 140 zu messen. Das Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195 kann des Weiteren in der Lage sein, einen Widerstandwert (R = V/I) und/oder einen Leistungswert (P = V·I) aus der gemessenen Spannung und dem gemessenen Strom zu berechnen. Im Allgemeinen beträgt, wenn der Warmdraht 140 in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, der Potenzialunterschied zwischen dem Warmdraht 140 und dem Werkstück 115 null Volt oder sehr nahe null Volt. Infolge dessen kann das Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195 abfühlen, wann der ohmsche Fülldraht 140 in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, und ist mit der Warmdraht-Stromversorgung 170 wirkverbunden, um des Weiteren in der Lage zu sein, den Stromfluss durch den ohmschen Fülldraht 140 in Reaktion auf das Abfühlen zu steuern, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 ein integraler Bestandteil der Warmdraht-Stromversorgung 170 sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bewegungssteuereinheit 180 des Weiteren mit der Laserstromversorgung 130 und/oder der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 wirkverbunden sein. Auf diese Weise können die Bewegungssteuereinheit 180 und die Laserstromversorgung 130 miteinander kommunizieren, damit die Laserstromversorgung 130 weiß, wann sich das Werkstück 115 bewegt, und damit die Bewegungssteuereinheit 180 weiß, ob die Laservorrichtung 120 aktiv ist. Gleichermaßen können die Bewegungssteuereinheit 180 und die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 auf diese Weise miteinander kommunizieren, damit die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 weiß, wann sich das Werkstück 115 bewegt, und damit die Bewegungssteuereinheit 180 weiß, wann das Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem aktiv ist. Eine solche Kommunikation kann dafür verwendet werden, Aktivitäten zwischen den verschiedenen Teilsystemen des Systems 100 zu koordinieren
Wie oben beschrieben, kann die hoch-intensive Energiequelle aus einer beliebigen Anzahl von Energiequellen, einschließlich Schweißstromquellen, bestehen. Eine beispielhafte Ausführungsform dessen ist in 2 gezeigt, die ein System 200 ähnlich dem in 1 gezeigten System 100 zeigt. Viele der Komponenten des Systems 200 ähneln den Komponenten in dem System 100, weshalb ihre Funktionsweise und Anwendung nicht noch einmal ausführlich besprochen wird. Jedoch ist in dem System 200 das Lasersystem durch ein Lichtbogenschweißsystem, wie zum Beispiel einem GMAW-System, ersetzt. Das GMAW-System enthält eine Stromversorgung 213, eine Drahtzufuhrvorrichtung 215 und einen Brenner 212. Eine Schweißelektrode 211 wird einer Schmelzpfütze über die Drahtzufuhrvorrichtung 215 und den Brenner 212 zuführt. Der Betrieb eines GMAW-Schweißsystems des im vorliegenden Text beschriebenen Typs ist allgemein bekannt und braucht im vorliegenden Text nicht ausführlich beschrieben zu werden. Es ist anzumerken, dass zwar ein GMAW-System in Bezug auf gezeigte beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und besprochen ist, dass aber beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch mit GTAW-, FCAW-, MCAW- und SAW-Systemen, Plattierungssystemen, Hartlötsystemen, Kombinationen dieser Systeme usw. verwendet werden können, einschließlich jener Systeme, die einen Lichtbogen verwenden, um den Transfer eines Verbrauchsmaterials zu einer Schmelzpfütze auf einem Werkstück zu unterstützen. Nicht in 2 gezeigt ist ein Schutzgassystem oder Unterpulver-Lichtbogen-Flussmittelsystem, das gemäß bekannten Verfahren verwendet werden kann.
Wie die oben beschriebenen Lasersysteme werden die Lichtbogenerzeugungssysteme (die als die hoch-intensive Energiequelle verwendet werden können) dafür verwendet, die Schmelzpfütze zu bilden, zu der der Warmdraht 140 unter Verwendung von Systemen und Ausführungsformen, die oben ausführlich beschrieben wurden, hinzugefügt wird. Jedoch wird bei den Lichtbogenerzeugungssystemen bekanntlich auch ein zusätzliches Verbrauchsmaterial 211 zu der Pfütze hinzugefügt. Dieses zusätzliche Verbrauchsmaterial steigert die bereits gesteigerte Abscheidungsleistung, die durch den im vorliegenden Text beschriebenen Warmdrahtprozess ermöglicht wird. Diese Leistung wird unten ausführlicher besprochen.
Darüber hinaus verwenden, wie allgemein bekannt ist, Lichtbogenerzeugungssysteme, wie zum Beispiel GMAW, hohe Strompegel zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen dem vorangeschobenen Verbrauchsmaterial und der Schmelzpfütze auf dem Werkstück. Gleichermaßen verwenden GTAW-Systeme hohe Strompegel zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, dem ein Verbrauchsmaterial hinzugefügt wird. Wie allgemein bekannt ist, können viele verschiedene Stromwellenformen für eine GTAW- oder GMAW-Schweißoperation verwendet werden, wie zum Beispiel konstanter Strom, Impulsstrom usw. Während des Betriebes des Systems 200 kann jedoch der durch die Stromversorgung 213 erzeugte Strom den durch die Stromversorgung 170 erzeugten Strom, der zum Erwärmen des Drahtes 140 verwendet wird, behindern. Weil sich der Draht 140 in der Nähe des durch die Stromversorgung 213 erzeugten Lichtbogens befindet (weil jeder von ihnen auf dieselbe Schmelzpfütze gerichtet wird, ähnlich wie oben beschrieben), können sich die jeweiligen Ströme gegenseitig behindern. Genauer gesagt, erzeugt jeder der Ströme ein Magnetfeld, und diese Felder können sich gegenseitig behindern und ihr Funktionieren beeinträchtigen. Zum Beispiel können die durch den Warmdrahtstrom erzeugten Magnetfelder die Stabilität des durch die Stromversorgung 213 erzeugten Lichtbogens beeinträchtigen. Das heißt, ohne richtige Steuerung und Synchronisation zwischen den jeweiligen Strömen können die konkurrierenden Magnetfelder den Lichtbogen destabilisieren und somit den Prozess destabilisieren. Darum verwenden beispielhafte Ausführungsformen eine Stromsynchronisation zwischen den Stromversorgungen 213 und 170, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen, was weiter unten besprochen wird.
Wie oben angemerkt, können sich die durch die jeweiligen Ströme induzierten Magnetfelder gegenseitig stören, weshalb Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die jeweiligen Ströme synchronisieren. Eine Synchronisation kann über verschiedene Verfahren erreicht werden. Zum Beispiel kann die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 zur Steuerung des Betriebes der Stromversorgungen 213 und 170 verwendet werden, um die Ströme zu synchronisieren. Alternativ kann auch eine Master-Slave-Beziehung verwendet werden, wobei eine der Stromversorgungen zum Steuern des Ausgangs der anderen verwendet wird. Die Steuerung der relativen Ströme kann mittels einer Reihe von Methodologien ausgeführt werden, einschließlich der Verwendung von Zustandstabellen oder Algorithmen, welche die Stromversorgungen so steuern, dass ihre Ausgangsströme für einen stabilen Betrieb synchronisiert werden. Dies wird unten noch näher besprochen. Zum Beispiel können ein dualzustandsbasiertes System und Vorrichtungen ähnlich denen, die in der US-Patentpublikation Nr. 2010/0096373 beschrieben sind, verwendet werden. Die US-Patentpublikation Nr. 2010/0096373, veröffentlicht am 22. April 2010, wird hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
Eine detaillierte Besprechung der Struktur, der Verwendung, der Steuerung, des Betriebes und der Funktion der Systeme 100 und 200 ist in den US-Patentanmeldungen dargelegt, deren Priorität die vorliegende Anmeldung (eingangs der vorliegenden Anmeldung) beansprucht, die jeweils hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen werden, insofern sie die im vorliegenden Text beschriebenen und besprochenen Systeme und im vorliegenden Text besprochene alternative Ausführungsformen betreffen, die aus Gründen der Effizienz und Klarheit hier nicht wiederholt werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Systems 300 der vorliegenden Erfindung. Wie das System 200 verwendet das System 300 einen kombinierten Warmdraht- und Lichtbogenschweißprozess. Die Funktion und der Betrieb des Systems 300 ähneln dem des Systems 200, weshalb ähnliche Funktionen nicht wiederholt werden. Wie gezeigt, umfasst das System 300 eine vorauseilende Lichtbogenschweißstromversorgung 301, die dem nacheilenden Warmdraht 140 vorauseilt. Die Stromversorgung 301 ist als eine GMAW-Stromversorgung gezeigt, aber Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt, da auch eine GTAW-Stromversorgung verwendet werden kann. Die Schweißstromversorgung 301 kann von beliebiger bekannter Bauart sein. Außerdem ist eine Warmdrahtstromversorgung 310 (die die gleiche wie die in den 1 und 2 gezeigte sein kann) zusammen mit einigen der Komponenten darin gezeigt. Wie oben erläutert wurde, kann es wünschenswert sein, die von jeder der Stromversorgungen 301 und 310 ausgegebenen Stromwellenformen zu synchronisieren. Dabei kann ein Synchronisationssignal 303 verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Betrieb der Stromversorgungen synchronisiert wird, was unten noch näher beschrieben wird.
Die Warmdrahtstromversorgung 310 umfasst einen Inverterleistungsabschnitt 311, der Eingangsleistung empfängt (die entweder Wechselstrom oder Gleichstrom sein kann) und die Eingangsleistung in eine Ausgangsleistung umwandelt, die zum Erwärmen des Drahtes 140 verwendet wird, so dass er in eine Schweißpfütze auf dem Werkstück W abgeschieden werden kann. Der Inverterleistungsabschnitt 311 kann wie jede bekannte Inverterstromversorgung aufgebaut sein, die als Schweiß-, Schneid- oder Warmdrahtstromversorgung verwendet wird. Die Stromversorgung enthält auch einen voreingestellten Erwärmungsspannungskreis 313, der Eingangsdaten verwendet, die sich auf den Prozess beziehen, um eine voreingestellte Erwärmungsspannung für das Ausgangssignal die Stromversorgung 310, so dass der Draht 140 auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird, damit er ordnungsgemäß auf dem Werkstück W abgeschieden wird. Zum Beispiel kann der voreingestellte Erwärmungsspannungskreis 313 Einstellungen, wie zum Beispiel Drahtgröße, Drahttyp und Drahtzufuhrgeschwindigkeit, verwenden, um die voreingestellte Erwärmungsspannung einzustellen, die während des Prozesses aufrecht erhalten werden soll. Während des Betriebes wird das Erwärmungsausgangssignal dergestalt aufrecht erhalten, dass die durchschnittliche Spannung des Ausgangssignals, über eine zuvor festgelegte Zeitdauer oder Anzahl von Zyklen, auf dem voreingestellten Erwärmungsspannungspegel gehalten wird. In einigen Ausführungsformen liegt der voreingestellte Erwärmungsspannungspegel im Bereich von 2 bis 9 Volt. Des Weiteren kann die Drahtzufuhrgeschwindigkeit des Drahtes 140 in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung den optimalen voreingestellten Erwärmungsspannungspegel dergestalt beeinflussen, dass, wenn die Drahtzufuhrgeschwindigkeit niedrig ist (maximal 200 in/min), der voreingestellte Erwärmungsspannungspegel im Bereich von 2 bis 4 Volt liegt, wohingegen, wenn die Drahtzufuhrgeschwindigkeit hoch ist (über 200 in/min), der voreingestellte Erwärmungsspannungspegel im Bereich von 5 bis 9 Volt liegt. Des Weiteren liegt der voreingestellte Erwärmungsspannungspegel in einigen beispielhaften Ausführungsformen, wenn der Strom niedrig ist (maximal 150 A), im Bereich von 2 bis 4 Volt, wohingegen, wenn der Strom hoch ist (über 150 A), der voreingestellte Erwärmungsspannungspegel im Bereich von 5 bis 9 Volt liegt. Dadurch erhält die Stromversorgung 310 während des Betriebes die durchschnittliche Spannung zwischen dem Draht 140 und dem Werkstück W auf dem voreingestellten Erwärmungsspannungspegel für den betreffenden Vorgang aufrecht. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der voreingestellte Erwärmungsspannungskreis 313 einen durchschnittlichen Spannungsbereich einstellen, wobei die durchschnittliche Spannung innerhalb des voreingestellten Bereichs gehalten wird. Durch Halten der detektierten durchschnittlichen Spannung auf dem voreingestellten Erwärmungsspannungspegel oder innerhalb des voreingestellten Erwärmungsspannungsbereichs stellt die Stromversorgung 310 ein Erwärmungssignal bereit, das den Draht 140 nach Bedarf erwärmt, wobei aber die Entstehung eines Lichtbogens vermieden wird. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die durchschnittliche Spannung über einen zuvor festgelegten Zeitraum gemessen, so dass ein gleitender Durchschnitt während des Prozesses bestimmt wird. Die Stromversorgung verwendet einen Zeitmittelungsfilterkreis 315, der die Ausgangsspannung durch die Abfühldrähte 317 und 319 abfühlt und die oben beschriebenen Spannungsmittelungsberechnungen ausführt. Die bestimmte durchschnittliche Spannung wird dann mit der voreingestellten Erwärmungsspannung verglichen, wie in 3 gezeigt.
Natürlich kann die Stromversorgung 310 in anderen beispielhaften Ausführungsformen voreingestellte Strom- und/oder Leistungsschwellen zum Steuern des Ausgangssignals der Stromversorgung verwenden. Der Betrieb solcher Systeme würde der oben beschriebenen spannungsbasierten Steuerung ähneln.
Die Stromversorgung 310 enthält außerdem einen Lichtbogendetektionsschwellenkreis 321, der die durch die Abfühldrähte 319 und 317 detektierte Ausgangsspannung vergleicht und die detektierte Ausgangsspannung mit einem Lichtbogendetektionsspannungspegel vergleicht, um zu bestimmen, dass ein Lichtbogenbildungsereignis zwischen dem Draht 140 und dem Werkstück W eingetreten ist oder eintreten wird. Falls die detektierte Spannung den Lichtbogendetektionsspannungspegel übersteigt, so gibt der Schaltkreis 321 ein Signal an den Inverterleistungsabschnitt 311 (oder eine Steuerungsvorrichtung) aus, die den Leistungsabschnitt 311 veranlasst, die Leistungsabgabe abzuschalten, um den Lichtbogen auszulöschen oder zu unterdrücken oder seine Entstehung auf sonstige Weise zu verhindern. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Lichtbogendetektionsspannungspegel im Bereich von 10 bis 20 Volt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Lichtbogendetektionsspannungspegel im Bereich von 12 bis 19 Volt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird der Lichtbogendetektionsspannungspegel auf der Basis des voreingestelltes Erwärmungsspannungspegels und/oder der Drahtzufuhrgeschwindigkeit bestimmt. Zum Beispiel liegt in einigen beispielhaften Ausführungsformen der Lichtbogendetektionsspannungspegel im Bereich des 2- bis 5-fachen des voreingestellten Erwärmungsspannungspegels. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Anoden- und Katodenspannungspegel für eventuell verwendetes Schutzgas den voreingestellten Erwärmungsspannungspegel beeinflussen. In einigen beispielhaften Anwendungen liegt die Lichtbogendetektionsspannung im Bereich von 7 bis 10 Volt, während sie in anderen Ausführungsformen im Bereich von 14 bis 19 Volt liegt. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die Lichtbogendetektionsspannung im Bereich von 5 bis 8 Volt über dem voreingestellten Erwärmungsspannungspegel.
Die Stromversorgung 310 enthält außerdem einen Nennimpulswellenformkreis 323, der die Wellenform erzeugt, die durch den Inverterleistungsabschnitt 311 zu verwenden ist, um die gewünschte Erwärmungswellenform an den Draht 140 und das Werkstück W auszugeben. Wie gezeigt, ist der Nennimpulswellenformkreis 323 mit der Lichtbogenschweißstromversorgung 301 über das Synchronisationssignal 303 gekoppelt, so dass die Ausgangswellenformen von jeder der jeweiligen Stromversorgungen synchronisiert werden, wie im vorliegenden Text beschrieben.
Wie gezeigt, synchronisiert der Nennimpulswellenformkreis 323 sein Ausgangssignal mit der Lichtbogenschweißstromversorgung 301 und gibt eine erzeugte Erwärmungswellenform an einen Multiplizierer aus, der außerdem ein Fehlersignal von dem Komparator 327 empfängt, wie gezeigt. Das Fehlersignal erlaubt die Justierung des Ausgangsbefehlssignals an den Inverterleistungsabschnitt 311, um die gewünschte durchschnittliche Spannung aufrecht zu erhalten, wie oben beschrieben.
Es ist anzumerken, dass die oben beschriebenen Schaltkreise und Grundfunktionen denen ähneln, die in Schweiß- und Schneidstromversorgungen verwendet werden, weshalb der detaillierte Aufbau dieser Schaltkreise hier nicht im Detail beschrieben werden muss. Des Weiteren ist auch anzumerken, dass einige oder alle der obigen Funktionen über eine einzelne Steuereinheit innerhalb der Stromversorgung 310 ausgeführt werden können.
Wie in den US-Patentanmeldungen, deren Priorität die vorliegende Anmeldung beansprucht und die durch Bezugnahme in vollem Umfang so in den vorliegenden Text aufgenommen sind, als wären ihre Offenbarungen in vollem Umfang im vorliegenden Text enthalten, ausführlich besprochen ist, ist es bei Verwendung von Warmdraht-Füge- und -Auftragsverfahrens wünschenswert, die Entstehung eines Lichtbogens zwischen dem Draht 140 und der Schweißpfütze zu verhindern, da der Draht 140 in der Regel in konstantem Kontakt mit der Schweißpfütze zu halten ist. Es ist jedoch festgestellt worden, dass es in einigen Warmdrahtanwendungen wünschenswert sein kann, diskrete Lichtbogenbildungsereignisse während des Warmdrahtprozesses entstehen zu lassen, um dem Prozess und der Schweißpfütze nach Bedarf Wärme hinzuzufügen. Das gilt ganz besonders für Füge- oder Auftragsanwendungen, wo mindestens eines der Werkstücke beschichtet ist, zum Beispiel galvanisierter Stahl. Das wird weiter unten anhand von 4 erläutert.
4 zeigt eine beispielhafte Spannungs- und Stromwellenform für einen Warmdrahtprozess, wie im vorliegenden Text beschrieben. Wie gezeigt, umfasst die Stromwellenform 500 mehrere Erwärmungsimpulse 501, die einen Spitzenstrompegel 503 aufweisen. Der Spitzenstrompegel kann im Bereich von 200 bis 700 A liegen, und der Spitzenstrompegel 503 wird so gewählt, dass das gewünschte Erwärmen und Schmelzen des Drahtes 140 während des Prozesses ausgeführt wird. Gleichermaßen zeigt die Spannungswellenform 400 mehrere Spannungsimpulse 401, die eine Spitzenspannung 403 aufweisen. Jedoch ist auch ein Lichtbogenereignis gezeigt, bei dem kurz ein Lichtbogen zwischen dem Draht 140 und der Schweißpfütze erzeugt wird. Während des Lichtbogenereignisses verliert der Draht 140 den Kontakt zu der Schweißpfütze, was die Spannung veranlasst, auf einen Lichtbogenpegel 405 zu springen. In diesem Moment detektiert die Warmdrahtstromversorgung, dass ein Lichtbogenereignis stattgefunden hat, und schaltet den Strom ab, um den Lichtbogen 507 auszulöschen oder zu unterdrücken. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht der Lichtbogen über eine Zeitdauer im Bereich von 350 bis 1000 Mikrosekunden. In anderen beispielhaften Ausführungsformen besteht der Lichtbogen über eine Zeitdauer im Bereich von 500 bis 800 Mikrosekunden. Bei solchen relativ kurzen Zeitspannen für den Lichtbogen kann Wärme zu der Schweißpfütze hinzugefügt werden, ohne dass in der Schweißpfütze übermäßige Turbulenzen durch den Lichtbogen entstehen. Die Stromversorgung kann verschiedene Steuerungsmethodologien verwenden, um ein Lichtbogenbildungsereignis zu detektieren. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Stromversorgung einen Schwellenwert dergestalt ein, dass, wenn der Schwellenwert überschritten wird, die Stromversorgung bestimmt, dass ein Lichtbogenereignis stattgefunden hat. Wie zuvor erläutert wurde, liegt in einigen beispielhaften Ausführungsformen der Lichtbogendetektionsspannungspegel im Bereich von 10 bis 20 Volt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Lichtbogendetektionsspannungspegel im Bereich von 12 bis 19 Volt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird der Lichtbogendetektionsspannungspegel auf der Basis des voreingestellten Erwärmungsspannungspegels und/oder der Drahtzufuhrgeschwindigkeit bestimmt.
Nachdem ein Lichtbogen erzeugt wurde, ist der Draht 140 nicht länger in Kontakt mit der Schweißpfütze, und es ist ein Spalt zwischen dem Draht 140 und der Schweißpfütze vorhanden. Nachdem die Stromversorgung den Erwärmungsstrom (507) abgeschaltet hat, gibt die Stromversorgung dann eine Offenkreisspannung (Open Circuit Voltage, OCV) 407 mit einem Spitzenpegel 409 an den Draht 140 aus, so dass die Stromversorgung in der Lage ist, wieder einen Kontakt zwischen dem Draht 140 und der Schweißpfütze zu detektieren, weil der Draht 140 weiterhin durch die Drahtzuführvorrichtung zu der Schweißpfütze geführt wird. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die OCV im Bereich von 10 bis 25 Volt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die OCV im Bereich von 17 bis 22 Volt. Die ausgewählte OCV für den Vorgang kann auf einer Anzahl von Parametern basieren, wie zum Beispiel Drahttyp und Drahtdurchmesser. Wenn der Draht 140 einen Kontakt mit der Schweißpfütze herstellt (bei 410), so detektiert die Stromversorgung den Kontakt (unter Verwendung einer beliebigen bekannten Kontaktabfühl-Steuerungsmethodologie), schaltet die OCV ab und beginnt, einen Erwärmungsstrom in den Draht 140 einzuspeisen. Wie in 4 gezeigt, kann der Strom eine Spitze auf einem Nach-Kontakt-Spitzenpegel 509 erreichen und wird dann auf einem Hineinführstrompegel 511 gehalten.
Der Hineinführstrom 509 ist ein relativ niedriger Strompegel (verglichen mit den Impulsspitzenpegeln) und wird dafür verwendet, dem Draht 140 den Wiedereintritt in die Schweißpfütze um eine zuvor festgelegte Distanz zu erlauben, und um eine Impulssynchronisation (wie weiter unten besprochen) zu erlauben. Der Hineinführstrom wird über eine Dauer TLI (wie ebenfalls unten näher erläutert) aufrecht erhalten. Der Hineinführstrom wird durch die Stromversorgung eingestellt und ist ein Strompegel, der auf der Basis einer Reihe von Faktoren ausgewählt wird, wie zum Beispiel einem oder mehreren von Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Drahttyp, Drahtdurchmesser, Warmdraht-Impulsfrequenz und Warmdraht-Impulsspitzenstrompegeln 503, und kann etwa 1/10 des Spitzenstrompegels betragen. In der Regel ist der Hineinführstrom 511 verglichen mit den Spitzenpegeln 503 niedrig. In beispielhaften Ausführungsformen liegt das Verhältnis von Impulsspitzenstrom zu Hineinführstrom im Bereich von 10:1 bis 5:1. In beispielhaften Ausführungsformen liegt der Hineinführstrom im Bereich von 25 bis 100 A, und in anderen Ausführungsformen liegt er im Bereich von 40 bis 80 A. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Hineinführstrom unter Verwendung eines Leistungspegels anstatt unter Verwendung eines Strompegels eingestellt werden. In solchen Ausführungsformen kann der Hineinführleistungspegel im Bereich von 100 bis 1500 Watt liegen. In zusätzlichen beispielhaften Ausführungsformen hat der Hineinführstrom 509 einen Strompegel, was weniger als der durchschnittliche Strompegel des Warmdrahtabschnitts der Wellenform ist; zum Beispiel, wie in 4 gezeigt, weniger als der durchschnittliche Strom für die Erwärmungsimpulse 501' zwischen Lichtbogenereignissen. In beispielhaften Ausführungsformen sind der Spitzen- und der durchschnittliche Strom des Hineinführstroms 509 niedriger als der durchschnittliche Strom für die Wellenform 500 und der durchschnittliche Strom der Warmdrahtstromimpulse 501' zwischen Lichtbogenereignissen.
Wie oben erläutert, wird der Hineinführstrom über eine Dauer TLI aufrecht erhalten, wodurch der Draht 140 erneut auf eine gewünschte Tiefe in die Schweißpfütze eintreten kann. Als solches wird die TLI auf der Basis mindestens der Drahtzufuhrgeschwindigkeit des Drahtes 140 bestimmt. In beispielhaften Ausführungsformen liegt die Hineinführdauer TLI im Bereich von 5 bis 20 Millisekunden, und die Auszeit 507 liegt im Bereich von 1 bis 7 Millisekunden. In beispielhaften Ausführungsformen liegt die kombinierte Zeit für die Auszeit 507 und die TLI im Bereich von 6 bis 20 Millisekunden. Jedoch ist, wie zuvor in Bezug auf mindestens die 2 und 3 erläutert, in einigen beispielhaften Ausführungsformen der Warmdrahtprozess mit einem Lichtbogenschweißprozess, wie zum Beispiel GMAW, gekoppelt, der in derselben Schweißpfütze arbeitet. In solchen Ausführungsformen ist die Hineinführdauer TLI eine Dauer auf der Basis der Drahtzufuhrgeschwindigkeit des Drahtes 140 und auf der Basis der Initiierung eines Stromimpulses von einem Lichtbogenschweißprozess, der mit dem Warmdrahtprozess arbeitet. Bei Verwendung von Warmdrahtprozessen, die mit Lichtbogenschweißprozessen gekoppelt sind, ist es wünschenswert, die Stromimpulse von jedem der jeweiligen Prozesse zu synchronisieren. Dadurch initiiert die Warmdrahtstromversorgung in solchen Ausführungsformen den ersten Impuls 501' nach der Dauer TLI (1) erst nach dem Ablauf einer bestimmten Hineinführverzögerung, um es dem Draht 140 zu erlauben, ordnungsgemäß in die Schweißpfütze einzutreten, und (2) um mit der Initiierung des nächsten Lichtbogenschweißimpulses in der Lichtbogenschweißwellenform zusammenzutreffen. Indem man die Dauer TLI so verlängert, dass diese Bedingungen erfüllt sind, wird sichergestellt, dass der Draht 140 ordnungsgemäß in die Schweißpfütze eingetreten ist, um die Warmdrahtimpulse 501 erneut zu starten, und dass die Warmdraht-Stromwellenform ordnungsgemäß mit einem gleichzeitig verwendeten Lichtbogenschweißprozess synchronisiert wird. Dies ist bildhaft in 5 dargestellt, wo der Schweißprozess eine Warmdraht-Stromwellenform 500 verwendet, die mit einem gepulsten Lichtbogenschweißprozess (zum Beispiel GMAW) unter Verwendung der Stromwellenform 600 synchronisiert wird. Wie in den Prioritätsanmeldungen, die eingangs dieser Anwendung erwähnt wurden und die in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen sind, sowie in der US-Patentanmeldung mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM TO USE COMBINATION FILLER WIRE FEED AND HIGH INTENSITY ENERGY SOURCE FOR WELDING”, die ebenfalls durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen ist und gleichzeitig mit dem vorliegenden Text eingereicht wird, beschrieben ist, es ist in einigen Anwendungen wünschenswert, die Impulse der jeweiligen Wellenformen zu synchronisieren. Dadurch ist in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in 5 gezeigt, die Hineinführdauer TLI eine Kombination der Einbranddauer Tp und der Synchronisationsdauer Ts. Die Einbranddauer Tp wird durch die Warmdrahtstromversorgung auf der Basis mindestens der Drahtzufuhrgeschwindigkeit des Drahtes 140 bestimmt, um ein ordnungsgemäßes Eintreten des Drahtes 140 in die Schweißpfütze sicherzustellen; und die Synchronisationsdauer Ts ist die Zeit zwischen dem Ablauf der Einbranddauer Tp und der Initiierung des nächsten Lichtbogenschweißimpulses 601'. Das heißt, in der Regel ist die maximale Dauer der Hineinführdauer TLI (oder des Hineinführzeitraums) die Einbranddauer Tp (oder der Einbrandzeitraum) und die Dauer eines Hintergrundabschnitts 603 der Lichtbogenschweißwellenform. Dies stellt sicher, dass der Draht 140 in vollem Umfang in die Schweißpfütze eintritt und dass die zwei jeweiligen Wellenformen synchronisiert werden. Dadurch bestimmt die Warmdrahtstromversorgung während des Betriebes beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Einbranddauer Tp und hält den Hineinführstrom 511 für diese Dauer Tp auf dem Hineinführstrompegel; und nach dem Ablauf des Einbrandzeitraums Tp wartet die Warmdrahtstromversorgung auf ein Impulsinitiierungssignal von einer Steuereinheit oder der Lichtbogenschweißstromversorgung. Auf der Basis dieses Initiierungs- oder Synchronisationssignals initiiert die Warmdrahtstromversorgung den ersten Impuls 501' nach dem Hineinführstrom 511 so, dass er mit dem nächsten Impuls 601' in dem Lichtbogenschweißprozess zusammentrifft.
Es ist anzumerken, dass 5 die zwei jeweiligen Wellenformen 500/600 ohne Phasenverschiebung zeigt, dergestalt, dass die jeweiligen Impulse 501' und 601' gleichzeitig initiiert werden. Jedoch können andere beispielhafte Ausführungsformen eine Phasenverschiebung zwischen den Stromwellenformen 500 und 600 verwenden, dergestalt, dass die Impulse der jeweiligen Wellenformen synchronisiert werden, aber in Bezug aufeinander phasenverschoben sind. In solchen Ausführungsformen hat die Hineinführdauer TLI eine solche Länge, das sichergestellt ist, dass die Impulse 501' und 601' zu den richtigen Zeitpunkten relativ zueinander initiiert werden, mit der richtigen Phasenverschiebung und nach Ablauf der Einbranddauer. In einigen beispielhaften Ausführungsformen lässt man den Draht in die Schweißpfütze um eine Distanz eintreten, die etwa gleich dem Durchmesser des Drahtes ist.
Wie zuvor besprochen, werden die Lichtbogenereignisse dafür verwendet, zusätzliche Wärme in den Prozess einzutragen. Zu diesem Zweck wird die Warmdrahtstromversorgung 170 dergestalt gesteuert, dass die Lichtbogenbildungsereignisse mit einer Frequenz im Bereich von 1 bis 20 Hz stattfinden. In anderen beispielhaften Ausführungsformen finden die Lichtbogenbildungsereignisse mit einer Frequenz im Bereich von 1 bis 10 Hz statt. Durch Halten der Lichtbogenbildungsfrequenz auf einem regelmäßigen Intervall kann zusätzliche Wärme in einer gesteuerten Weise in den Prozess eingetragen werden, ohne dass die Warmdraht- oder Lichtbogenschweißprozesse destabilisiert werden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Frequenz der Lichtbogenbildungsereignisse so justiert werden, dass die Wärmezufuhr während des Prozesses verändert wird. Das heißt, während eines ersten Abschnitts eines Prozesses kann es wünschenswert sein, eine Lichtbogenbildungsfrequenz von 3 Hz zu verwenden, während es in einem anderen Abschnitt des Prozesses wünschenswert sein kann, eine Lichtbogenbildungsfrequenz von 10 Hz zu haben. Damit kann die Stromversorgung 170 die Wellenformen 400/500 so steuern, dass die gewünschte Lichtbogenbildungsereignisfrequenz für verschiedene Abschnitte eines Prozesses erreicht wird, und kann so eine bessere Kontrolle über die Gesamtwärmezufuhr des Prozesses ausüben.
4 zeigt auch mehrere n Strom- und Spannungsimpulse zwischen Lichtbogenbildungsereignissen. Wie gezeigt, haben die Stromimpulse 501/501' einen relativ konstanten Spitzenstrompegel 503. Das heißt, die Spitzenstrompegel dieser Impulse sind etwa die gleichen, können sich aber aufgrund der Realitäten der Schweißoperation unterscheiden und brauchen für jeden Impuls nicht exakt die gleichen sein. Jedoch haben die entsprechenden Spannungsimpulse, wie gezeigt, eine allgemein zunehmende Spitzenspannung 403 vom ersten Spannungsimpuls 401' (nach einem Lichtbogenbildungsereignis) bis zum letzten kompletten Spannungsimpuls 401'' (nach einem Lichtbogenbildungsereignis). Es wurde entdeckt, dass es in einigen beispielhaften Ausführungsformen wünschenswert ist, die Spitzenspannungspegel für die Impulse 401' bis 401'' zwischen Lichtbogenbildungsereignissen allmählich ansteigen zu lassen. In der Regel erfolgt diese Spannungserhöhung mindestens teilweise aufgrund der zunehmenden Wärme in dem Draht 140 und in dem Prozess, was den Gesamtwiderstand des Drahtes 140 beeinflusst und dadurch veranlasst, dass die Spannung allgemein über die mehreren Spannungsimpulse zwischen Lichtbogenbildungsereignissen von einem ersten Spitzenspannungspegel auf einen zweiten, höheren Spitzenspannungspegel ansteigt. Es ist anzumerken, dass zwar 4 die Spitzenspannungspegel für die Impulse 401' bis 401'' so zeigt, dass sie von Impuls zu Impuls zunehmen (was für einige Ausführungsformen anwendbar ist), dass aber einige beispielhafte Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Das heißt, in einigen beispielhaften Ausführungsformen erfolgt zwar ein allgemeiner Anstieg der Spannung über die Impulse (wie durch die Steigung 413 gezeigt), aber nicht jeder nachfolgende Impuls hat eine höhere Spitzenspannung als sein vorangehender Impuls. In einigen Ausführungsformen kann der nachfolgende Impuls die gleiche oder sogar eine geringfügig geringere Spitzenspannung haben als sein unmittelbar vorangehender Impuls. Jedoch hat der letzte Impuls 401'' eine höhere Spitzenspannung als der erste Impuls 401'. Des Weiteren zeigt zwar die gezeigte Ausführungsform einen allgemein linearen Anstieg der Spitzenspannung (Steigung 413), doch andere Ausführungsformen sind nicht auf einen linearen Spannungsanstieg beschränkt. In beispielhaften Ausführungsformen liegt die Differenz der Spitzenspannung vom ersten Spannungsimpuls 401 bis zum letzten Spannungsimpuls 401'' im Bereich von 2 bis 8 Volt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Differenz im Bereich von 3 bis 6 Volt. Des Weiteren liegt in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Spannungsimpulsen 401'–401'' zwischen Lichtbogenbildungsereignissen im Bereich von 8 bis 22. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Anzahl der Spannungsimpulse zwischen Lichtbogenbildungsereignisse im Bereich von 12 bis 18.
Wir wenden uns nun 6 zu, wo eine weitere Stromwellenform 600 gezeigt ist. Jedoch zeigt diese Wellenform 600 einen Anfangsabschnitt eines Warmdraht-Schweißprozesses. Wie zuvor beschrieben, wird während des Warmdrahtschweißens das Verbrauchsmaterial in einer Schweißpfütze ohne Lichtbogen abgelagert, während ein Erwärmungsstrom in das Verbrauchsmaterial eingespeist wird, was veranlasst, dass das Verbrauchsmaterial in der Schweißpfütze schmilzt. Jedoch wird für diesen Prozess eine schmelzflüssige Schweißpfütze benötigt, bevor der Warmdrahtprozess beginnen kann. In einigen Situationen kann die Schweißpfütze durch einen Laser, einen Lichtbogen von einem anderen Prozess oder eine sonstige Wärmequelle erzeugt werden. Jedoch wird in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Schweißpfütze unter Verwendung des Warmdrahtverbrauchsmaterials mit einer Kurzimpuls-Schweißroutine am Beginn des Prozesses erzeugt, um den die Prozess aufzubauen. Nachdem die Schweißpfütze gebildet wurde, kann dann der Warmdrahtprozess voranschreiten. Zum Beispiel kann der Warmdrahtprozess wie im vorliegenden Text in Bezug auf die oben beschriebene 4 beschrieben voranschreiten.
Wie in 6 gezeigt, hat die Wellenform 600 einen Startroutinenabschnitt SR und einen Warmdrahtabschnitt HWR. Der Startroutinenabschnitt SR kann ähnlich jedem bekannten Lichtbogenschweißvorgang initiiert werden. Zum Beispiel kann der Startroutinenabschnitt SR ähnlich bekannten GMAW-Schweißprozessen beginnen, um den Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial und dem Werkstück zu initiieren. Nachdem der Lichtbogen erzeugt wurde, beginnt ein Kurzimpulsschweißprozess, der mehrere Stromimpulse 601 aufweist, wobei die Impulse einen Spitzenstrompegel 605 und einen Hintergrundpegel 603 zwischen den Impulsen 601 haben. Dies ist ähnlich den bekannten GMAW-Impulsschweißprozessen. Dieser Impulsschweißprozess wird dafür verwendet, die Schweißpfütze auf dem Werkstück zu erzeugen, und wird für eine eingestellte Dauer aufrecht erhalten, um sicherzustellen, dass die Schweißpfütze ausreichend erzeugt wird. Sobald die Schweißpfütze erzeugt wurde, wird die Wellenform 600 von dem Lichtbogenschweißstartprozess SR zu dem Warmdrahtabschnitt HWR geändert. Am Ende des Startroutinenabschnitts SR wird der Strom reduziert oder abgeschaltet (610), um den Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial und der Schweißpfütze auszulöschen. Wie zuvor in Bezug auf die 4 und 5 beschrieben, wird das Verbrauchsmaterial dann dergestalt vorangeschoben, dass es einen Kontakt mit der Schweißpfütze herstellt, woraufhin die Warmdrahtroutine HWR initiiert wird. Wie gezeigt, hat die Warmdrahtroutine in der Wellenform 600 mehrere Erwärmungsimpulse 611 mit einem Spitzenpegel 611 und einem Hintergrundpegel 613, der in einigen Ausführungsformen 0 A sein kann. Es ist anzumerken, dass der Übergang zwischen dem Startroutinenabschnitt SR und dem Warmdrahtabschnitt HWR so sein kann, wie es oben in Bezug auf 4 erläutert wurde.
Wie oben erläutert, ist der Startroutinenabschnitt relativ kurz. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die Dauer der Startroutine im Bereich von 0,01 bis 5 Sekunden Länge, wobei der Beginn der Dauer der Zeitpunkt ist, wo der Lichtbogen initiiert wird, und das Ende der Dauer ist, wenn der Lichtbogen erlischt (beispielsweise bei 610). In weiteren beispielhaften Ausführungsformen liegt die Startroutine im Bereich von 0,01 bis 1 Sekunde. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Dauer der Startroutine im Bereich von 0,1 bis 0,5 Sekunden. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen vollzieht die Stromversorgung den Übergang zur Warmdrahtroutine HWR nur von dem Hintergrundabschnitt 603 der Startroutine SR aus. Wenn zum Beispiel der zuvor festgelegte Dauerzeitraum inmitten eines Lichtbogenimpulses 601 endet, so löscht die Stromversorgung nicht einfach den Lichtbogen an diesem Punkt, sondern wartet, bis der Impuls 601 vollendet ist und der Schweißstrom den Hintergrundabschnitt 603 erreicht, bevor der Übergang ausgeführt wird. Es ist anzumerken, dass in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Drahtzufuhrgeschwindigkeit des Verbrauchsmaterials während der Startroutine geringer sein kann als die Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des Warmdrahtabschnitts des Schweißprozesses. Des Weiteren kann die Startroutine bekannte Lichtbogenschweißprozesse, wie zum Beispiel Kurzlichtbogen, STT, Drahtrückzug oder andere Lichtbogenschweißprozesse mit geringer Wärmezufuhr, während der Startroutine verwenden. In solchen Ausführungsformen wird eine übermäßige Wärmezufuhr während der Anlaufphase vermieden.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen verwendet die Stromversorgung keine Zeitdauer, sondern eine zuvor festgelegte Anzahl von Lichtbogenimpulsen 601 für die Startroutine SR und löscht den Lichtbogen, nachdem die zuvor festgelegte Anzahl von Impulsen erreicht ist. Zum Beispiel ist in beispielhaften Ausführungsformen die Anzahl von Impulsen für die Startroutine n Impulse, dergestalt, dass, wenn n Impulse erreicht sind, die Stromversorgung zur Warmdrahtroutine HWR übergeht. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Anzahl von Impulsen n im Bereich von 1 bis 1000 Impulsen liegen. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Anzahl von Impulsen n im Bereich von 5 bis 250 Impulsen, und in weiteren Ausführungsformen kann die Anzahl von Impulsen im Bereich von 5 bis 100 Impulsen liegen. In zusätzlichen beispielhaften Ausführungsformen kann die Stromversorgung eine Kombination von Zeitdauer und Anzahl von Impulsen verwenden, um die Länge der Startroutine SR zu bestimmen. Das heißt, in solchen Ausführungsformen verwendet die Stromversorgung sowohl eine eingestellte Zeitdauer als auch eine Anzahl n von Impulsen, wobei der Übergang zu der Warmdrahtroutine HWR erst stattfindet, wenn sowohl die Dauer als auch Anzahl von Impulsen erreicht wurde, ungeachtet dessen, was zuerst erreicht wird.
In beispielhaften Ausführungsformen werden die Dauer und/oder die Anzahl von Impulsen in dem Startroutinenabschnitt SR zuvor durch die Stromversorgungs-Steuereinheit auf der Basis von Benutzereingabe-Informationen festgelegt, wie zum Beispiel Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Größe des Verbrauchsmaterials, Art des Verbrauchsmaterials, Art des Schweißmetalls usw. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen können andere Faktoren verwendet werden, um die Dauer und/oder Anzahl von Impulsen der Startroutine zu bestimmen, wie zum Beispiel, ob der Warmdrahtprozess mit einem Laser, einem GMAW-Prozess oder einem SAW-Prozess gekoppelt ist oder nicht. In weiteren Ausführungsformen kann die Art der Schweiß- oder Fügeanwendung die Parameter der Startroutine oder die gewünschte Größe der Schweißpfütze beeinflussen. Zum Beispiel kann die Größe der Schweißpfütze für Hochgeschwindigkeits-Dünnplattenprozesse (allgemein kleinere Schweißpfütze), Schwerfabrikationsprozesse (große Schweißpfütze) oder Plattierungsprozesse (sehr große Schweißpfütze) verschieden sein. In solchen Ausführungsformen verwendet die Stromversorgungs-Steuereinheit auf der Basis der Benutzereingabe-Informationen eine Nachschlagetabelle, eine Zustandstabelle oder dergleichen zum Einstellen der Dauer und/oder der Anzahl von Impulsen für die zu verwendende Startroutine SR. Die Dauer und/oder Anzahl von Impulsen sind so auszuwählen, dass sichergestellt ist, dass eine gewünschte Schweißpfützengröße, -tiefe und/oder -temperatur erreicht ist, bevor die Warmdrahtroutine initiiert wird. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann ein System verwendet werden, um die Wärme der Schweißpfütze und/oder des Werkstücks und/oder die Größe oder Form der Schweißpfütze zu überwachen.
Wie im vorliegenden Text erläutert, kann der Übergang von der Startroutine SR zur Warmdrahtroutine HWR so vorgenommen werden, wie es relativ zu den 4 und 5 beschrieben ist. Jedoch kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen der Übergang während eines Kurzschlusszustands stattfinden, der während der Startroutine erzeugt wird. Wenn zum Beispiel die Startroutine einen Prozess verwendet, der das Verbrauchsmaterial mit der Schweißpfütze oder dem Werkstück kurzschließt, so kann die Steuereinheit der Stromversorgung bewirken, dass der Übergang zum Warmdraht während eines Kurzschlusszustands erfolgt. Dies kann geschehen, wenn die Startroutine SR eine Startroutine wie zum Beispiel STT, Kurzschlussschweißen oder Kurzlichtbogenschweißen verwendet. In solchen Ausführungsformen überwacht die Steuereinheit die Dauer der Startroutine SR, und wenn die gewünschte Dauer und/oder Anzahl von Impulsen vollendet wurde, so geht die Stromversorgung beim nächsten folgenden Kurzschlussereignis zu Warmdraht über.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Startroutine eine Impulsschweißoperation verwenden, wie in 6 gezeigt. Jedoch wird nach einer zuvor festgelegten Dauer oder Anzahl von Impulsen der Strom der Impulse 601 verringert, um die Lichtbogenlänge zu verkürzen, bis ein Kurzschlussereignis erfolgt. Wenn der Kurzschluss eintritt, so erfolgt der Übergang zum Warmdrahtprozess. Durch die Verwendung eines Kurzschlussereignisses ist es nicht notwendig, den Lichtbogen künstlich für den Übergang zu unterdrücken.
In zusätzlichen Ausführungsformen kann die Dauer der Startroutine SR durch Überwachen der Wärmezufuhr während der Startroutine SR bestimmt werden. Zum Beispiel verwendet in solchen Ausführungsformen die Steuereinheit oder Stromversorgung die oben beschriebenen Benutzereingabedaten, um einen gewünschten oder zuvor festgelegten Betrag der Wärmezufuhr zu bestimmen, der für die Startroutine SR benötigt wird. Das heißt, die Steuereinheit der Stromversorgung kann auf einen zuvor festgelegten Betrag der Wärmezufuhr eingestellt werden, und wenn diese Wärmezufuhrschwelle erreicht ist, so kann die Stromversorgung von der Lichtbogenroutine zur Warmdrahtroutine übergehen, wie im vorliegenden Text beschrieben. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Wärmezufuhrschwelle im Bereich von 0,01 bis 10 Kj liegen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Wärmezufuhrschwelle im Bereich von 0,01 bis 1 Kj liegen.
7 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform eines Systems 700, das eine Warmdrahtstromversorgung 310 wie in Bezug auf 3 beschrieben aufweist. In dieser Ausführungsform ist die Stromversorgung 310 mit einer Steuereinheit 710 gekoppelt (die sich innerhalb der Stromversorgung befinden kann), die mit einer Sensorvorrichtung 701 gekoppelt ist, die den Prozess überwacht. Die Sensorvorrichtung 701 kann eine beliebige Art von Sensorvorrichtung sein, die die gewünschten Parameter der Schweißpfütze oder des Werkstücks überwacht. Zum Beispiel kann die Sensorvorrichtung ein Wärmesensor sein, der die Temperatur der Schweißpfütze und/oder des Werkstücks überwacht, und die Rückmeldung von der Sensorvorrichtung wird durch die Stromversorgung 310 verwendet, um den Anfang des Warmdrahtprozesses und/oder den Warmdrahtprozess selbst zu steuern. Zum Beispiel kann, wie in Bezug auf 4 erläutert, eine Lichtbogenbildungsfrequenz mit dem Warmdrahtprozess gekoppelt werden, um die Wärme in dem Werkstück oder der Schweißpfütze zu steuern. In solchen Ausführungsformen wird die Rückmeldung von dem Sensor 710 durch die Stromversorgung verwendet, um die richtige Lichtbogenbildungsfrequenz für das Warmdrahtstromabgabesignal der Stromversorgung 310 zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 701 ein optischer Sensor sein, der die Entstehung und Größe der Schweißpfütze auf dem Werkstück überwacht, und die Steuereinheit 710 verwendet die Rückmeldung von diesem Sensor zum Steuern der Ausgabe und/oder der Lichtbogenbildungsfrequenz der Warmdrahtwellenform. Es können auch andere Sensoren verwendet werden, oder eine Kombination von Sensoren kann verwendet werden, um die Steuerung der Stromversorgung 310 zu unterstützen.
8A und 8B zeigen zusätzliche beispielhafte Wellenformen, die mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Wie oben beschrieben, ähneln die Stromwellenformen 800 und 800' der in 4 besprochenen Wellenform. Genauer gesagt, sind die Wellenformen 800 und 800' eine Kombination aus Warmdraht- und Lichtbogenbildungs-Wellenformen. Jedoch gibt es in den Wellenformen 800 und 800' mehr als einen Lichtbogenschweißimpuls zwischen den Warmdrahtabschnitten. Solche Ausführungsformen können dafür verwendet werden, die Wärmezufuhr in ein Werkstück noch genauer zu steuern und/oder Schweißparameter und -geschwindigkeit nach Bedarf zu optimieren. Des Weiteren können solche Ausführungsformen auf beschichteten Werkstücken, wie zum Beispiel galvanisierten Werkstücken, verwendet werden und eine wünschenswerte Leistung ohne die Porosität zu erreichen, dass sich in der Regel bei lichtbogengeschweißten beschichteten Materialien einstellt.
8A zeigt eine Stromwellenform 800, die einen Lichtbogenschweißabschnitt 801 und einen Warmdrahtabschnitt aufweist. Der Lichtbogenschweißabschnitt 801 kann ein beliebiger bekannter Impulsschweißprozess sein, wie zum Beispiel ein GMAW-Impulsschweißprozess. Der Lichtbogenschweißabschnitt 801 umfasst mehrere Impulse 802, die durch einen Hintergrundstrom getrennt sind. Weil GMAW-Impulsschweißwellenformen bekannt sind, brauchen sie hier nicht im Detail besprochen zu werden. Nach einem Zeitraum, oder nachdem eine gewünschte Anzahl von Impulsen 801 erzeugt wurde, wird der Lichtbogenschweißabschnitt bei Punkt 804 beendet, wo der Strom reduziert oder abgeschaltet wird, so dass der Lichtbogen ausgelöscht wird und die Wellenform 800 zu einer Warmdrahtphase 820 übergeht. Es ist anzumerken, dass der Übergangsabschnitt zwischen der Lichtbogenschweißphase und der Warmdrahtphase so sein kann, wie es in Bezug auf die Wellenform in 4 beschrieben ist, wobei ein Hineinführstrom verwendet wird usw. In der gezeigten Ausführungsform wird, nachdem der Lichtbogenschweißstrom endet (804), der Strom während einer Zeit 805 sehr niedrig eingestellt oder abgeschaltet, während das Verbrauchsmaterial in Richtung der Schweißpfütze vorangeschoben wird (der Grund dafür ist, dass der Draht aufgrund der Lichtbogenschweißoperation nicht in Kontakt mit der Schweißpfütze steht, wie zuvor erläutert wurde). Während der Auszeit 805 kann eine OCV an das Verbrauchsmaterial angelegt werden, um einen Kontakt mit der Schweißpfütze zu detektieren. Wie zuvor erläutert wurde, wird, wenn ein Kontakt detektiert wird, ein Erwärmungsstrom (bei Punkt 807) an einen Hineinführpegel 809 (der ein Hineinführstrompegel sein kann) angelegt und wird eine Hineinführzeit lang gehalten (wie zuvor beschrieben). Nach dem Hineinführen wird der Strom auf einen Erwärmungsstrompegel 810 angehoben, die beibehalten wird, um das Verbrauchsmaterial zu erwärmen, um sicherzustellen, dass das Verbrauchsmaterial in der Schweißpfütze geschmolzen wird, ohne dass ein Lichtbogen erzeugt wird. Wie im Fall der obigen Besprechungen (beispielsweise die Ausführungsformen der 4 und 5) verwendet die Stromversorgung ein Lichtbogenunterdrückungs-Steuerungsregime während des Warmdrahtabschnitts 820, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial und dem Werkstück erzeugt wird, aber das Verbrauchsmaterial ordnungsgemäß in die Schweißpfütze hinein abgeschieden wird.
Anstelle der in 4 gezeigten Warmdrahtimpulse ist der Warmdrahtstrom in 8A als ein konstanter Strom auf einem Pegel 810 gezeigt. In solchen Ausführungsformen wird der Erwärmungsstrompegel 810 auf einem gewünschten Schmelzpegel gehalten. Jedoch kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen der Warmdrahtabschnitt 820 der Wellenform in 8A (und in den 8B und 9) durch eine gepulste Warmdrahtwellenform ersetzt werden, ähnlich der, die in 4 gezeigt ist. Das heißt, in solchen Ausführungsformen kann ein Lichtbogenschweißabschnitt 810 entweder mit einer Konstantstrom- oder gepulsten Warmdrahtwellenform für den Warmdrahtabschnitt 820 gekoppelt werden. Nach einem Zeitraum wird der Warmdrahtabschnitt 820 gestoppt und geht wird zu einem Lichtbogenschweißabschnitt 810 über, um die Lichtbogenschweißoperation auszuführen. Wie in 8A gezeigt, fällt der Warmdrahtstrom für einen Zeitraum 811 auf einen reduzierten Pegel, der 0 A sein kann, und dann wird der Lichtbogenschweißstrom auf einen Pegel 813 initiiert, und dann beginnen die Lichtbogenschweißimpulse 802 erneut. Natürlich kann jede beliebige bekannte Lichtbogenschweißoperation initiiert werden, wie zum Beispiel Impulsschweißen, STT-Schweißen, Kurzlichtbogenschweißen usw. Für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestehen diesbezüglich keine Einschränkungen. Außerdem braucht die Lichtbogenschweißoperation, die nach einem Warmdrahtabschnitt 820 der Wellenform initiiert wird, nicht die gleiche zu sein wie die Lichtbogenschweißoperation, die vor dem Warmdrahtabschnitt verwendet wird. Zum Beispiel kann eine Impulsschweiß-Lichtbogenschweißwellenform vor einem Warmdrahtabschnitt einer Wellenform verwendet werden, und nach dem Warmdrahtabschnitt 820 kann eine STT-Wellenform verwendet werden. Der Übergang von dem Warmdrahtschweißabschnitt 820 zu dem Lichtbogenschweißabschnitt 810 kann über bekannte Lichtbogenschweißinitiierungsverfahren ausgeführt werden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Drahtzuführvorrichtung das Verbrauchsmaterial so verlangsamen oder zurückziehen, dass vor der Lichtbogeninitiierung ein Spalt zwischen dem Verbrauchsmaterial und der Schweißpfütze entsteht. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Übergangsroutine durch die Stromversorgung initiiert werden, um ein Ende des Verbrauchsmaterials abzuschnüren und dann den Lichtbogen zu initiieren. Für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestehen diesbezüglich keine Einschränkungen. Wie zuvor erläutert, kann in beispielhaften Ausführungsformen eine STT-, Kurzlichtbogen- oder Drahtrückzugsprozess für die Lichtbogenphase verwendet werden, und der Übergang zum Warmdraht erfolgt nur während eines Kurzschlusszustands.
Durch die Verwendung sowohl eines Warmdraht- als auch eines Lichtbogenschweißprozessen mit demselben Verbrauchsmaterial erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Steuerung der Wärmezufuhr in einen Schweißprozess und können die Schweißleistung bestimmter Schweißoperationen verbessern. Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System ähnlich dem in 7 gezeigten verwenden, wobei eine Werkstücktemperatur überwacht wird, und auf der Basis der detektierten Temperatur steuert die Steuereinheit 710 die Wellenform 800 für die Verwendung des gewünschten Transferprozesses. Das heißt, die Steuereinheit 710 kann das Verhältnis von Lichtbogenschweißen zu Warmdrahtschweißen steuern, um die Wärmezufuhr in die Schweißnaht zu steuern. Wenn zum Beispiel bestimmt wird, dass zusätzliche Wärme benötigt wird, so kann die Steuerung das Verhältnis von Lichtbogenschweißen zu Warmdrahtschweißen in der Schweißwellenform erhöhen. Des Weiteren kann die Steuereinheit 710, falls die Wärmezufuhr zu hoch ist, die Stromversorgung 310 veranlassen, den Betrag des Lichtbogenschweißens zu verringern und den Betrag des Warmdrahtschweißens für die Wellenform 800 zu erhöhen.
In beispielhaften Ausführungsformen wird ein Verhältnis des Warmdrahtprozesses zum Lichtbogenschweißprozess optimiert, um eine gewünschte Wärmezufuhr und Abscheidungsrate zu erhalten. Zum Beispiel liegt in beispielhaften Ausführungsformen das Verhältnis von Warmdrahtprozess zu Lichtbogenschweißprozess im Bereich von 50/50 bis 0/100, wobei das Verhältnis die Prozessdauer verwendet. Ein Verhältnis von 50/50 bedeutet, dass 50% der Schweißzeit im Warmdrahtmodus ist, während die anderen 50% der Zeit im Lichtbogenschweißmodus ist. Es ist anzumerken, dass ein solches Verhältnis auszuwählen ist, dass eine ordnungsgemäße Schweißpfützenbildung sichergestellt ist, und dass sichergestellt ist, dass ein ordnungsgemäßes Schmelzen des Verbrauchsmaterials während der Warmdrahtphase erreicht wird. Es ist auch anzumerken, dass in beispielhaften Ausführungsformen das Verhältnis über einen bestimmten Zeitraum justiert werden kann, um die gewünschte Wärmezufuhr zu erhalten, oder auf eine Wärmezufuhrrückmeldung gestützt werden kann. Es ist klar, dass die Zeit, die sich die Stromwellenform im Übergangsmodus befindet, nicht unbedingt entweder als Lichtbogenschweißen oder als Warmdraht gekennzeichnet sein muss, so das in solchen Ausführungsformen die Dauer des Lichtbogenschweißprozesses als die Dauer bestimmt wird, die ein Lichtbogen existiert – im Gegensatz zu einer Warmdrahtprozessdauer, wo kein Lichtbogen existiert. Andere beispielhafte Ausführungsformen können andere Verhältnisbeziehungen zwischen dem Warmdrahtabschnitt und dem Lichtbogenschweißabschnitt des Prozesses verwenden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen ein Verhältnis von Impulszählungen verwendet werden, wobei das Verhältnis der Anzahl von Warmdrahtimpulsen zu Lichtbogenschweißimpulsen repräsentiert. In anderen beispielhaften Ausführungsformen wird das Verhältnis von Impulszählungen für jeden jeweiligen Abschnitt (Warmdraht zu Lichtbogenschweißen) beibehalten, aber die Frequenz der jeweiligen Impulse wird justiert. In solchen Ausführungsformen wird die Gesamtdauer jedes jeweiligen Prozesses justiert, weil sich die jeweilige Impulsfrequenz ändert. Zum Beispiel kann in 8A die Frequenz der Lichtbogenschweißimpulse 802 justiert (beispielsweise erhöht) werden, während die Dauer der Warmdrahtphase 820 beibehalten werden kann, dergestalt, dass die Gesamtfrequenz oder das Eintreten der Warmdrahtphase 820 zunimmt: Der Lichtbogenschweißabschnitt 801 ist von kürzerer Dauer. Es können auch andere Steuerungsmethodologien verwendet werden.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen verwendet die Steuereinheit 710 keinen Sensor 710, sondern das Integral der Leistung der Wellenform 800, um die Gesamtwärmezufuhr in die Schweißnaht zu bestimmen; und auf der Basis der bestimmten Wärmezufuhr steuert die Steuereinheit 710 das Lichtbogen-zu-Warmdraht-Verhältnis der Wellenform 800. In beispielhaften Ausführungsformen verwendet die Steuereinheit 710 Benutzereingabe-Informationen, um eine gewünschte Wärmezufuhr für den Vorgang zu bestimmen, und erhält diese gewünschte Wärmezufuhr aufrecht.
Zum Beispiel bestimmt die Steuereinheit 710 in einigen Ausführungsformen einen gewünschten gleitenden Durchschnitt der Wärme- und/oder Leistungszufuhr für einen bestimmten Vorgang und steuert die Stromversorgung so, dass dieser gleitende Durchschnitt bereitgestellt wird. Der gleitende Durchschnitt für die Wärme- und/oder Leistungszufuhr kann eine Benutzereingabe oder eine Nutzereinstellung sein, kann aber auch durch die Steuereinheit auf der Basis von Benutzereingabedaten bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Nutzer eines oder eine Kombination von Folgendem eingeben: Werkstückmaterial, Verbrauchsmaterial-Informationen, Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Werkstückdicke, Schweißnahtgröße, Schweißnahtposition, Anwendungstyp (Plattierung, Fügen mit hoher Vorschubgeschwindigkeit, Fügen mit starker Abscheidung usw.), Spaltgröße und jegliche Materialaufbauparameter oder anforderungen. Auf der Basis dieser Informationen bestimmt die Steuereinheit 710 eine Wärme- und/oder Leistungszufuhrschwelle, die eine Schwelle eines gleitenden Durchschnitts sein kann, und veranlasst die Stromversorgung, eine Wellenform 800 auszugeben, die die gewünschte eingestellte Wärme- und/oder Leistungsabgabe erreicht. Natürlich kann die Steuereinheit 710 auch die tatsächliche Wärme (über den Sensor 701 usw.) überwachen und/oder die tatsächlich zugeführte Leistung und Wärme berechnen und die Wellenform 800 nach Bedarf justieren, um die gewünschte Wärme- und/oder Leistungsabgabe aufrecht zu erhalten. Die Steuereinheit 710 kann viele verschiedene Steuerungsmethodologien verwenden. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 710 in einigen beispielhaften Ausführungsformen einen gewünschten gleitenden Durchschnitt für die Wärme- und/oder Leistungszufuhr über eine eingestellte Dauer oder Distanz verwenden und die Wellenform 800 justieren, um den gewünschten gleitenden Durchschnitt aufrecht zu erhalten. In solchen Ausführungsformen kann ein Joules/s- oder ein Joules/in-Verhältnis für die Steuerung verwendet werden, wobei der zuvor festgelegte gleitende Durchschnitt auf der Basis von Benutzereingabe-Informationen eingestellt wird.
Zum Beispiel kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen ein Versatzverhältnis von Lichtbogenprozess-Joules zu Warmdrahtprozess-Joules für die Systemsteuerung verwendet werden. Zum Beispiel kann die Systemsteuereinheit ein gewünschtes oder zuvor festgelegtes Wärmezufuhrverhältnis bestimmen, und der Prozess wird so gesteuert, dass das gewünschte Verhältnis über eine bestimmte Zeit oder über einen gleitenden Durchschnitt erreicht wird. In beispielhaften Ausführungsformen liegt das bestimmte Verhältnis von Lichtbogenprozess-Joules zu Warmdrahtprozess-Joules im Bereich von 2,5:1 bis 10:1. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt das Verhältnis im Bereich von 3:1 bis 7:1.
8B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Wellenform 800', die der Wellenform 800 in 8A ähnelt. Jedoch hat der Warmdrahtabschnitt 820' der Wellenform 800' in dieser Ausführungsform eine negative Polarität, wodurch die Gesamtwellenform 800' eine Wechselstromwellenform ist. Es ist anzumerken, dass während einiger Schweißoperationen die konstante Verwendung derselben Strompolarität ein Werkstück und/oder die Aufspannvorrichtungen des Werkstücks magnetisieren kann. Dies kann aus einer Reihe von Gründen unerwünscht sein. Jedoch kann durch Alternieren des Stroms, wie in 8B gezeigt, der Aufbau einer Magnetisierung gemindert und minimiert werden. Allgemein wird die Wellenform 800' in einer ähnlichen Weise erzeugt und gesteuert wie die, die im Hinblick auf 8A besprochen wurde, aber der Warmdrahtabschnitt hat, wie gezeigt, eine negative Polarität. Im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen hat die Verwendung einer negativen Polarität wenig Auswirkung auf die Gesamtwärmezufuhr der Schweißoperation, weil kein Lichtbogen vorhanden ist. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Stromversorgung eine Kombination beider in den 8A und 8B gezeigten Wellenformen verwenden. Das heißt, der Warmdrahtabschnitt einer Stromwellenform kann zwischen einer positiven und einer negativen Polarität alternieren und braucht nicht für den gesamten Schweißprozess die gleiche Polarität haben. Wechselstrom hat einen Entmagnetisierungseffekt auf die Aufspannvorrichtung, und die Frequenz des Wechselstroms steht zu diesem Effekt in Beziehung. Dadurch wird in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Polarität geändert, um den Entmagnetisierungseffekt zu optimieren. In einigen Ausführungsformen wechseln aufeinanderfolgende Impulse ihre Polarität. Des Weiteren kann der Schweißprozess mehrere aufeinanderfolgende Warmdrahtabschnitte verwenden, die eine erste Polarität (beispielsweise positiv) aufweisen, gefolgt von einem oder mehreren Warmdrahtabschnitten, der eine zweite Polarität (beispielsweise negative) aufweist. Die Steuereinheit oder Stromversorgung kann die Polarität der Warmdrahtabschnitte nach Bedarf justieren, um die gewünschten Leistung zu erreichen, während der Aufbau magnetischer Kräfte in dem Werkstück oder den Aufspannvorrichtungen verhindert wird. Des Weiteren braucht die Polarität nicht nur für die Warmdrahtabschnitte geändert zu werden, sondern sie kann auch für die Lichtbogenschweißabschnitte 810 der Wellenformen 800/800' geändert werden. Das heißt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch Wechselstrom-Lichtbogenschweißprozesse für die Lichtbogenschweißabschnitte 810 verwenden. Des Weiteren können andere Ausführungsformen Lichtbogenschweißen mit negativer Polarität verwenden, während sie Warmdrahtschweißen mit positiver Polarität verwenden – das Gegenteil von dem, was in 8B gezeigt ist.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuereinheit 710 mit einem Magnetsensor gekoppelt werden, der den Aufbau von Magnetfeldern in dem Werkstück und/oder in einer Aufspannvorrichtung, die das Werkstück hält, detektiert. Auf der Basis einer Rückmeldung von diesem Magnetsensor kann die Steuereinheit 710 die Stromversorgung veranlassen, die Polarität der Warmdrahtabschnitte 820/820' zu justieren, um den Aufbau jeglicher unerwünschter Magnetkräfte zu mindern oder zu steuern.
9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Wellenform 900, die der in 8A gezeigten Wellenform 800 ähnelt. Jedoch geht in dieser Ausführungsform die Stromversorgung rasch von dem Warmdrahtabschnitt 820 zu dem Lichtbogenschweißabschnitt 810 der Wellenform über. Wie gezeigt, wird in dieser Ausführungsform der Warmdrahtstrom auf einen Übergangspegel 901 reduziert, der niedriger ist als die Spitze des Warmdrahtstroms (810) oder die Spitze der Lichtbogenschweißimpulse 802, aber höher als der Hintergrundstrom 803. Wenn der Strom den Übergangspegel 901 erreicht, so schaltet die Stromversorgung von einem Lichtbogenunterdrückungsbetriebsmodus zu einem herkömmlichen Lichtbogenerzeugungsbetriebsmodus, wodurch sofort ein Lichtbogen entsteht. Solche Ausführungsformen können verwendet werden, wenn mit hohen Drahtzufuhrgeschwindigkeiten gearbeitet wird, um zu verhindern, dass das Verbrauchsmaterial den Boden der Schweißpfütze berührt, während vom Warmdrahtprozess zum Lichtbogenschweißprozess übergegangen wird. In beispielhaften Ausführungsformen liegt der Übergangspegel im Bereich von 100 bis 250 A. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Übergang einen ansteigenden Strom verwenden, um das Risiko eines Explosions- oder Schweißspritzer-Ereignisses während der Entstehung des Lichtbogens zu minimieren. Andere Ausführungsformen könnten auch den Draht während des Übergangs zurückziehen oder verlangsamen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine STT-Steuerung verwendet werden, wobei ein Vorausschaukreis verwendet wird, um den Strom unmittelbar vor der Entstehung des Lichtbogens zu reduzieren. Außerdem können andere Ausführungsformen einen Spitzenstrom unabhängig von dem Prozessstrom verwenden, um einen Spalt zwischen der Schweißpfütze und dem Verbrauchsmaterial zu bilden, unmittelbar nachdem der Lichtbogen erzeugt wurde. Des Weiteren können andere beispielhafte Ausführungsformen einen erweiterten Hintergrundstrom verwenden, wenn sie vom Lichtbogenschweißprozess zum Warmdrahtprozess übergehen. Der erweiterte Hintergrund würde ein Kurzschlussereignis begünstigen, und wenn der Kurzschluss eintritt, so kann der Übergang zum Warmdraht initiiert werden.
Natürlich ist zu beachten, dass auch andere Übergangswellenformen und Steuerungsmethodologien verwendet werden können, um von dem Warmdrahtabschnitt 820 zu einem Lichtbogenschweißabschnitt 810 der Wellenformen 800/800'/900 zu wechseln.
In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Drahtzufuhrgeschwindigkeit des Verbrauchsmaterials auch während des Prozesses justiert werden, um den Prozess zu optimieren. Zum Beispiel kann in beispielhaften Ausführungsformen die Drahtzufuhrgeschwindigkeit während der Lichtbogenschweißphase geringer sein als während des Warmdrahtprozesses. Wenn zum Beispiel ein Kurzschluss-Lichtbogenschweißprozess in der Lichtbogenschweißphase verwendet wird, so wird die Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des Übergangs vom Warmdrahtzum Lichtbogenschweißen verlangsamt und dann beschleunigt, wenn zum Warmdrahtprozess zurückgekehrt wird.
Weil Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Wärmesteuerung bieten, können sie verwendet werden, um Schweißoperationen zu optimieren. Zum Beispiel können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Fugen zu schweißen, wie zum Beispiel Stumpfstöße und T-Stöße, ohne dass Unterlagen benötigt werden, insbesondere auf relativ dünnen Werkstücken. Dies ist allgemein in den 10A und 10B gezeigt. 10A zeigt einen Stumpfstoß, wobei die Rückseite BS der Schweißnaht keine Unterlagsplatte verwendet, um die Schweißnaht zu stützen. Weil Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Wärmesteuerung haben, kann diese Schweißnaht ohne Unterlage vollendet werden, und ohne, dass die Schweißpfütze durch die Rückseite BS der Schweißnaht hindurchbläst. In beispielhaften Ausführungsformen kann der Lichtbogenschweißprozess dafür verwendet werden, zusätzliche Wärme in die Schweißnaht hineinzuführen und den gewünschten Einbrand zu realisieren. Dann kann der Warmdrahtabschnitt des Schweißprozesses dafür verwendet werden, Material ohne Überhitzung (oder auch Kühlung) des Prozesses hinzuzufügen, so dass die Schweißpfütze nicht durch die Rückseite der Fuge dringt. Dadurch wird die Produktivität von Schweißarbeiten deutlich gesteigert. Des Weiteren kann in zusätzlichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Sensor 701 (zum Beispiel ein Wärmesensor) so positioniert werden, dass die Rückseite BS einer Schweißfuge überwacht wird, und eine Rückmeldung von dem Sensor 701 wird dafür verwendet, das Ausgangssignal der Stromversorgung 310 so zu steuern, dass die gewünschte Wärmezufuhr und Abscheidung erreicht wird. Das heißt, die Rückmeldung von dem Sensor 701 kann zum Steuern des Verhältnisses von Warmdrahtprozess zu Lichtbogenschweißprozess verwendet werden, das von der Stromversorgung ausgegeben wird. Wenn zum Beispiel ein unerwünschter Temperaturanstieg auf der Rückseite BS der Schweißnaht detektiert wird, so schaltet die Stromversorgung zu Warmdraht um, um den Prozess zu kühlen und zu verhindern, dass die Schweißpfütze die Rückseite der Schweißnaht durchbricht. Gleichermaßen können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dafür verwendet werden, einen T-Stoß ähnlich dem, der in 10B gezeigt ist, ohne die Verwendung einer Unterlage zu schweißen. Natürlich sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf lediglich diese Arten von Fugen beschränkt, sondern können an vielen verschiedenen Fugenarten verwendet werden.
Des Weiteren stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch ein verbessertes Schweißen auf beschichteten Werkstücken, wie zum Beispiel galvanisierten Werkstücken, bereit. Es ist allgemein bekannt, dass das herkömmliche Schweißen galvanisierter Materialien erfordert, die Beschichtung vor dem Schweißen zu entfernen und/oder sehr langsam zu schweißen, um zu verhindern, dass die Schweißfuge porös wird. Jedoch können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um beschichtete oder galvanisierte Werkstücke ohne diese Nachteile zusammenzufügen. Das heißt, durch die Verwendung einer Kombination von Lichtbogenschweißen und Warmdrahtschweißen mit demselben Verbrauchsmaterial kann eine Schweißfuge mit einer verbesserten Rate erzeugt werden, während die Porosität in der Fuge minimiert wird. Der Lichtbogenschweißprozess kann dafür verwendet werden, in das Werkstück einzubrennen und die Beschichtung zu verdampfen, während der Warmdrahtprozess die Gesamtwärmezufuhr niedrig halten und das Verdampfen von Beschichtung (zum Beispiel Zink) in der Wärmeeinflusszone des Schweißnaht verhindern kann. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt das Verhältnis von Lichtbogenschweißdauer zu Warmdrahtdauer im Bereich von 70/30 bis 40/60, wenn beschichtete Werkstücke geschweißt werden. In weiteren Ausführungsformen liegt das Verhältnis im Bereich von 60/40 bis 45/55. Dadurch können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine verbesserte Leistung gegenüber bekannten Schweißmethodologien zu erreichen, wenn beschichtete Materialien geschweißt werden.
Systeme und Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen das Abscheiden eines Verbrauchsmaterials 140 auf einem Werkstück 115 unter Verwendung einer Warmdrahtschweißtechnik, die mit einer Kombination von Warmdraht- und Lichtbogenschweißen arbeitet. Die Wellenform 500 erzeugt Lichtbogenereignisse während des Warmdrahtschweißvorgangs, um Wärme zu dem Schweißprozess hinzuzufügen oder zu steuern. Der Warmdrahtschweißprozess kann allein, mit einem Laser 120 oder in Verbindung mit anderen Schweißprozessen verwendet werden.
Obgleich die Erfindung mit Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente substituiert werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen. Darum ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen zu beschränken ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

100: System
110: Laserstrahl
115: Werkstück
120: Laservorrichtung
125: Richtung
130: Laserstromversorgung
140: Fülldraht
150: Fülldrahtzuführvorrichtung
160: Kontaktrohr
170: Warmdrahtstromversorgung
180: Bewegungssteuereinheit
195: Stromsteuereinheit
200: System
211: Schweißelektrode
212: Brenner
213: Stromversorgung
215: Drahtzuführvorrichtung
300: System
301: Schweißstromversorgung
303: Synchronisationssignal
310: Warmdrahtstromversorgung
311: Inverterleistungsabschnitt
313: Voreingestellter Erwärmungsspannungskreis
315: Zeitmittelungsfilterkreis
317: Abfühldraht
319: Abfühldraht
321: Lichtbogendetektionsschwellenkreis
323: Nennimpulswellenformkreis
400: Spannungswellenform
401: Spannungsimpulse
403: Spitzenspannung
405: Lichtbogenpegel
407: Offenkreisspannung (OCV)
409: Spitzenpegel
500: Stromwellenform
501: Erwärmungsimpulse
503: Spitzenstrompegel
507: Lichtbogen
509: Hineinführstrom
511: Hineinführstrom
600: Stromwellenform
601: Lichtbogenschweißimpulse
603: Hintergrundoption
611: Erwärmungsimpulse
700: System
701: Sensorvorrichtung
710: Steuereinheit
800: Stromwellenform
800': Stromwellenform
801: Lichtbogenschweißform
802: Impulse
804: Punkt
805: Zeit
809: Pegel
810: Erwärmungsstrompegel
811: Zeitraum
813: Pegel
820: Warmdrahtphase
900: Wellenform
901: Übergangspegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0096373 [0028]

Claims

Verbrauchsmaterialabscheidungssystem (100), das Folgendes umfasst: eine Stromversorgung (170), die eine Stromwellenform (500) in ein Verbrauchsmaterial (140) einspeist, das in eine schmelzflüssige Schweißpfütze auf mindestens einem Werkstück (115) abgeschieden werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwellenform (500) Folgendes umfasst: einen Lichtbogenabscheidungsabschnitt, der zu einem Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial (140) und der Schweißpfütze führt; und einen Warmdrahtabschnitt, während dem ein Erwärmungsstrom in das Verbrauchsmaterial (140) eingespeist wird und kein Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial (140) und der Schweißpfütze erzeugt wird; wobei die Stromversorgung (170) eine Steuereinheit enthält, die eine gewünschte Wärmezufuhr in das mindestens eine Werkstück (115) aus der Stromwellenform (500) bestimmt, und die Stromversorgung (170) die Stromwellenform (500) zwischen dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt und dem Warmdrahtabschnitt alterniert, um die Wärmezufuhr in das Werkstück (115) aus der Stromwellenform (500) so zu steuern, dass die gewünschte Wärmezufuhr aufrecht erhalten wird.
Abscheidungssystem nach Anspruch 1, wobei der Lichtbogenabscheidungsabschnitt ein GMAW-Prozess ist.
Abscheidungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das des Weiteren einen Sensor umfasst, der eine Wärmezufuhr in das Werkstück (115) detektiert, und wobei die Steuereinheit eine Rückmeldung von dem Sensor verwendet, um die Stromversorgung (170) zu steuern und die Stromwellenform (500) zwischen dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt und dem Warmdrahtabschnitt zu alternieren.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit die Stromwellenform so steuert, dass ein Verhältnis des Warmdrahtabschnitts zu dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt der Stromwellenform im Bereich von 50/50 bis 0/100 liegt.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinheit ein Verhältnis des Warmdrahtabschnitts zu dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt der Stromwellenform so steuert, dass die gewünschte Wärmezufuhr aufrecht erhalten wird.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit eine Frequenz und/oder eine Anzahl von Stromimpulsen in dem Warmdrahtabschnitt und/oder in dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt so steuert, dass die gewünschte Wärmezufuhr aufrecht erhalten wird.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die gewünschte Wärmezufuhr ein gleitender Durchschnitt einer Wärmezufuhr für diese Stromwellenform ist.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die gewünschte Wärmezufuhr auf der Basis mindestens eines oder einer Kombination von Folgendem bestimmt wird: einer Materialart des Werkstücks; einer Art des Verbrauchsmaterials; einer Schweißnahtgröße, einer Schweißnahtposition, eines Anwendungstyps, einer auszufüllenden Spaltgröße, einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit für das Verbrauchsmaterial und einer Dicke des Werkstücks.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die gewünschte Wärmezufuhr ein gleitender Durchschnitt einer Leistungszufuhr für diese Stromwellenform ist.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit die Stromwellenform so steuert, dass ein Verhältnis von Joules des Lichtbogenabscheidungsprozesses zu Joules des Warmdrahtprozesses im Bereich von 2,5:1 bis 10:1 liegt.
Abscheidungssystem nach Anspruch 10, wobei die Steuereinheit die Stromwellenform so steuert, dass ein Verhältnis von Joules des Lichtbogenabscheidungsprozesses zu Joules des Warmdrahtprozesses im Bereich von 3:1 bis 7:1 liegt.
Verbrauchsmaterialabscheidungssystem, ausgestaltet zum: Generieren und Einspeisen eines Abscheidungsstroms in ein Verbrauchsmaterial (140); Voranschieben des Verbrauchsmaterials (140) in Richtung eines Werkstücks (115) zum Abscheiden des Verbrauchsmaterials (140) auf dieses Werkstück (115) unter Verwendung des Abscheidungsstroms; dadurch gekennzeichnet, dass das Generieren der Stromwellenform (500) Folgendes umfasst: Generieren eines Lichtbogenabscheidungsabschnitts, der zu einem Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial (140) und der Schweißpfütze führt, wobei der Lichtbogenabscheidungsabschnitt bevorzugt ein GMAW-Prozess ist; und Generieren eines Warmdrahtabschnitts, während dem ein Erwärmungsstrom in das Verbrauchsmaterial (140) eingespeist wird und kein Lichtbogen zwischen dem Verbrauchsmaterial (140) und der Schweißpfütze erzeugt wird; und Bestimmen einer gewünschten Wärmezufuhr in das mindestens eine Werkstück (115) aus der Stromwellenform (500) und Alternieren der Stromwellenform (500) zwischen dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt und dem Warmdrahtabschnitt zum Steuern der Wärmezufuhr in das Werkstück (115) aus dieser Stromwellenform (500), um die gewünschte Wärmezufuhr aufrecht zu erhalten.
Abscheidungssystem nach Anspruch 12, das des Weiteren ausgestaltet zum: Abfühlen einer Wärmezufuhr in das Werkstück und Verwenden einer Rückmeldung von dem Sensor zum Steuern des Alternierens zwischen dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt und dem Warmdrahtabschnitt; und/oder das des Weiteren Folgendes umfasst: Steuern der Stromwellenform so, dass ein Verhältnis des Warmdrahtabschnitts zu dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt der Stromwellenform im Bereich von 50/50 bis 0/100 liegt; und/oder das des Weiteren Folgendes umfasst: Steuern eines Verhältnisses des Warmdrahtabschnitts zu dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt der Stromwellenform, um die gewünschte Wärmezufuhr aufrecht zu erhalten.
Abscheidungssystem nach Anspruch 12 oder 13, das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Steuern einer Frequenz und/oder einer Anzahl von Stromimpulsen in dem Warmdrahtabschnitt und/oder dem Lichtbogenabscheidungsabschnitt, um die gewünschte Wärmezufuhr aufrecht zu erhalten; und/oder wobei die gewünschte Wärmezufuhr ein gleitender Durchschnitt einer Wärmezufuhr für diese Stromwellenform ist; und/oder wobei die gewünschte Wärmezufuhr ein gleitender Durchschnitt einer Leistungszufuhr für diese Stromwellenform ist.
Abscheidungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die gewünschte Wärmezufuhr auf der Basis von mindestens einem oder einer Kombination von Folgendem bestimmt wird: einer Materialart des Werkstücks; einer Art des Verbrauchsmaterials; einer Schweißnahtgröße, einer Schweißnahtposition, eines Anwendungstyps, einer auszufüllenden Spaltgröße, einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit für das Verbrauchsmaterial und einer Dicke des Werkstücks; und/oder wobei die Steuereinheit die Stromwellenform so steuert, dass ein Verhältnis von Joules des Lichtbogenabscheidungsprozesses zu Joules des Warmdrahtprozesses im Bereich von 2,5:1 bis 10:1 liegt; wobei bevorzugt die Steuereinheit die Stromwellenform so steuert, dass ein Verhältnis von Joules des Lichtbogenabscheidungsprozesses zu Joules des Warmdrahtprozesses im Bereich von 3:1 bis 7:1 liegt.