DE2254155A1 - EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR PLASMA WELDING - Google Patents
EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR PLASMA WELDINGInfo
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- DE2254155A1 DE2254155A1 DE19722254155 DE2254155A DE2254155A1 DE 2254155 A1 DE2254155 A1 DE 2254155A1 DE 19722254155 DE19722254155 DE 19722254155 DE 2254155 A DE2254155 A DE 2254155A DE 2254155 A1 DE2254155 A1 DE 2254155A1
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Description
DIFL. ING. B. HOLZEB 89 AUGSBURGDIFL. ING. B. HOLZEB 89 AUGSBURG
R. 839R. 839
Augsburg, den 3. November 1972Augsburg, November 3, 1972
Rolls-Royce (197D Limited, 14/15 Conduit Street,Rolls-Royce (197D Limited, 14/15 Conduit Street,
London W.I., EnglandLondon W.I., England
Einrichtung und Verfahren zum PlasmaschweißenDevice and process for plasma welding
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Plasmaschweißen, mit einem Ventil und mit einer Einrichtung zum Einstellen dieses Ventils derart, daß eine Gaszufuhr zunächst konstant zunimmt, dann auf einem stationären Wert bleibt und anschließend wieder konstant abnimmt.The invention relates to devices for plasma welding, with a valve and with a device for Adjust this valve so that a gas supply initially increases constantly, then on a stationary one Value remains and then decreases again constantly.
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Beim Plasmaschweißen wird gewöhnlich eine sog. "Schlüsselloch"-Technik angewandt, d.h. längs einer gewünschten Schweißlinie wird eine Schweißraupe derart gezogen, daß sich diese Schweißraupe durch vor einem Plasmalichtbogen schmelzendes Material bildet, welches anschließend seitlich um den Lichtbogen herumfließt und hinter ihm erstarrt; die geschmolzene Schweißraupe sieht dabei wie ein Schlüsselloch aus. Das Erzielen einer hohen Schweißgüte ist von einer erfolgreichen Korrelation mehrerer veränderlicher Parameter des Schweißbetriebes abhängig, nämlich von der Gaszufuhr zum Brenner, der Stromversorgung des Plasmalichtbogens, der Zufuhr von Zusatzwerkstoff und der Vorschubgeschwindigkeit des Lichtbogens über dem zu schweißenden Material.A "keyhole" technique is commonly used in plasma welding, i.e. along a desired one Welding line is drawn a weld bead in such a way that this weld bead passes through in front of you Plasma arc forms melting material, which then flows around the side of the arc and frozen behind him; the melted weld bead looks like a keyhole. Achieving a high Welding quality depends on a successful correlation of several variable parameters of the welding company, namely from the gas supply to the torch, the power supply of the plasma arc, the supply of filler material and the advance speed of the arc over the material to be welded.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Plasmaschweißen anzugeben, mittels welchen sich gegenüber bekannten Einrichtungen und Verfahren dieser Art eine höhere Schweißgüte erzielen läßt.The object of the invention is to be achieved, a device and a method for plasma welding indicate by means of which a higher welding quality compared to known devices and processes of this type can be achieved.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Einrichtung zum Plasmaschweißen, mit einem VentilIn order to achieve this object, the invention relates to a device for plasma welding with a valve
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und mit einer Einrichtung zum Einstellen dieses Ventils derart, daß eine Gaszufuhr zunächst konstant zunimmt, dann auf einem stationären Wert bleibt und anschließend wieder konstant abnimmt, aus, welche gemäß der Erfindung durch eine Einrichtung zum koordinieren der Gaszufuhr mit erforderlichen Änderungen eines Plasmalichtbogen-Schweißstromes gekennzeichnet ist.and with a device for adjusting this valve such that a gas supply initially increases constantly, then remains at a stationary value and then decreases again constantly, from which according to the invention a device for coordinating the gas supply with required changes in a plasma arc welding current is marked.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Plasmaschweißeinrichtung eine Einrichtung zum Koordinieren der Zufuhr eines Zusatzwerkstoffes mit den erforderlichen Änderungen des Schweißstromes auf»In a further development of the invention, the plasma welding device has a device for coordinating the Supply of a filler material with the required changes in the welding current to »
Die Zufuhr von Zusatzwerkstoff wird vorzugsweise konstant gehalten und unmittelbar bevor der Schweißstrom eine zum Ausbilden eines "Schlüsselloches" ausreichende Stromstärke erreicht hat eingeleitet und so lange fortgesetzt, bis der Schweißstrom um etwa 20 % von seinem stationären Wert abgesunken ist.The supply of filler material is preferably kept constant and initiated immediately before the welding current has reached a current strength sufficient to form a "keyhole" and continued until the welding current has dropped by about 20% from its steady-state value.
Außerdem wird ein Verfahren zum Plasmaschweißen mittels Einrichtungen zum Einstellen eines zur Steuerung der Gaszufuhr zu einem Plasmalichtbogen vorgesehenen Ventils und zum gleichzeitigen Einstellen einer zur Steuerung eines Plasma-In addition, a method for plasma welding by means of devices for adjusting a for controlling the gas supply for a plasma arc valve and for the simultaneous setting of a valve for controlling a plasma
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lichtbogen-Schweißstromes vorgesehenen Stromquelle angegeben, welches gemäß der Erfindung durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:arc welding current specified power source, which according to the invention is characterized by the following steps:
a) Beginnen einer Schweißfolge durch Einstellen der Gaszufuhr auf einen Wert, welcher im wesentlichena) Starting a welding sequence by adjusting the gas supply to a value which is essentially
gleich 50 % des stationären Wertes der Gaszufuhr während der Schweißfolge ist,is equal to 50 % of the steady-state value of the gas supply during the welding sequence,
b) Steigern der Schweißstromstärke von einem zum Zünden des Plasmalichtbogens ausreichenden Anfangswert aus, und b) increasing the welding current intensity from an initial value which is sufficient to ignite the plasma arc, and
c) Vergrößern der Gaszufuhr dann, wenn der Schweißstrom eine Schweißstromstärke erreicht hat.c) Increasing the gas supply when the welding current has reached a welding current strength.
Es ist von Vorteil, wenn am Ende der Schweißfolge vor dem Verringern der Schweißstromstärke die Gaszufuhr auf einen Minimalwert gedrosselt wird.It is advantageous if, at the end of the welding sequence, before reducing the welding current strength, the gas supply is switched on throttled a minimum value.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird irn folgenden näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail below described. Show it
Fig. 1 ein Schema einer Einrichtung zumFig. 1 is a diagram of a device for
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Plasmaschweißen gemäß der Erfindung,Plasma welding according to the invention,
Pig, 2 ein gemäß der Erfindung typischesPig, 2 a typical one according to the invention
Verhältnis zwischen der Gaszufuhr zu dem Plasmalichtbogen, dem dem Brenner zugeführten Strom und der Zufuhr von Zusatzwerkstoff, undRatio between the gas supply to the plasma arc, the Torch supplied electricity and the supply of filler metal, and
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer zurFig. 3 is a block diagram of a for
Erzielung des in Fig. 2 dargestellten Verhältnisses geeigneten Einrichtung.Achieving the ratio shown in Fig. 2 suitable Furnishings.
In Fig. 1 ist ein von einer Plasmaschweißdüse 3 gebildeter Plasmalichtbogen 1 auf ein Werkstück 2 gerichtet. Die Düse 3 weist eine Mittelelektrode 4, welche gewöhnlich aus Wolfram hergestellt und von dem Hauptkörper der Düse 3 durch eine Isolation 11 getrennt ist, sowie einen Einlaß 5 für ein Inertgas, z.B. Argon, und eine Abschirmung 6 auf, welche den Durchmesser des Plasmalichtbogens 1 einengt.In FIG. 1 there is one of a plasma welding nozzle 3 formed plasma arc 1 directed onto a workpiece 2. The nozzle 3 has a center electrode 4, which usually made of tungsten and separated from the main body of the nozzle 3 by an insulation 11 and an inlet 5 for an inert gas, e.g. argon, and a shield 6 which narrows the diameter of the plasma arc 1.
Ein Motor 7 treibt eine Rolle 8 an, auf welche ein für die zu verschweißenden Materialien geeigneter Zusatz-A motor 7 drives a roller 8 on which an additional material suitable for the materials to be welded
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werkstoff in Form eines Drahtes 9 aufgewickelt ist. Der Draht wird durch einen Wärmeaustauscher 10 gekühlt; als Kühlmedium eignet sich Wasser.material in the form of a wire 9 is wound. The wire is cooled by a heat exchanger 10; as A suitable cooling medium is water.
Der Schweißvorgang wird zur Verhinderung von Oxidation durch eine lokale Atmosphäre aus einem Inertgas geschützt.The welding process is protected by a local atmosphere of an inert gas to prevent oxidation.
Das Werkstück 2 wird zwar in bezug auf die Düse 3 und eine Drahtzuführeinrichtung 12 längs der gewünschten Schweißlinie verschoben, es können jedoch auch die Düse und die Drahtzuführeinrichtung verschoben werden.The workpiece 2 is indeed with respect to the nozzle 3 and a wire feeder 12 along the desired Shifted welding line, but the nozzle and wire feeder can also be shifted.
Eine gute Plasmaschweißung soll einen gleichmäßig zunehmenden Anfangsteil, eine gleichmäßig konstante Schweißung längs des Werkstückes und eiaen gleichmäßig abnehmenden Auslaufteil am Ende der Schweißung aufweisen. Das ist besonders dann wichtig, wenn beispielsweise zwei Zylinder durch eine Umfangsstumpfschweißung verbunden werden sollen, da es erforderlich ist, daß sich der Beginn und das Ende der Schweißung überlappen. Die Empfindlichkeit des Schweißverfahrens ist so groß, daß durch einen ungleichmäßigen Anfangsteil in der Schweißung an der Überlappungsstelle eine regelmäßige und dauerhafte Schweißung verhindert wird.A good plasma weld should have an evenly increasing initial part, an evenly constant weld have along the workpiece and a uniformly decreasing outlet part at the end of the weld. That is especially important if, for example, two cylinders are to be connected by a circumferential butt weld, since it is necessary that the beginning and the end of the weld overlap. The sensitivity of the welding process is so large that there is an uneven starting part in the weld at the point of overlap regular and permanent welding is prevented.
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Das Diagramm in Fig. 2 zeigt eine typische Beziehung zwischen der Gaszufuhr für den Plasmalichtbogen, dem dem Brenner zugeführten Strom und der Zufuhr von Zusatzwerkstoff, Eine solche Beziehung kann durch die mit Bezug auf Fig. beschriebene Einrichtung erzeugt werden.The diagram in Fig. 2 shows a typical relationship between the gas supply for the plasma arc, the current supplied to the torch and the supply of filler material, Such a relationship can be created by the means described with reference to FIG.
Die Gaszufuhr zu dem Plasmalichtbogen ist durch eine ausgezogene Linie 29, eine geeignete Stromstärke durch eine gestrichelte Linie 30 und die Zufuhr von Zusatzwerkstoff durch eine strichpunktierte Linie 31 dargestellt.The gas supply to the plasma arc is indicated by a solid line 29, a suitable amperage through it a dashed line 30 and the supply of filler material shown by a dash-dotted line 31.
Ein Bereich 14 bzw. 16 bildet einen Anstiegs- bzw. Abfallbereich, während ein Bereich 15 den stationären Schweißvorgang darstellt.An area 14 or 16 forms an increase or decrease area, while an area 15 is stationary Represents welding process.
Ein Schweißer beginnt den Schweißzyklus durch Starten der Gaszufuhr, deren Anfangswert 17 gewöhnlich auf 50 % des während des Schweißbetriebes erforderlichen Maximalwertes eingestellt wird. Danach beginnt der Stromanstieg, Der Strom steigt im wesentlichen konstant an und, wenn er einen bestimmten Wert 18 erreicht hat, beginnt auch die Gaszufuhr, sich im wesentlichen konstant zu vergrößern, und gleichzeitig wird bei 20 der Drahtzuführmotor eingeschaltet und die Drahtzufuhr bzw. die Zufuhr von Zusatz-A welder begins the welding cycle by starting the gas supply, the initial value 17 of which is usually set at 50 % of the maximum value required during the welding operation. Thereafter, the current increase begins. The current increases essentially constantly and, when it has reached a certain value 18, the gas supply also begins to increase essentially constantly, and at the same time the wire feed motor is switched on at 20 and the wire feed or supply of additional
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werkstoff wird so lange auf einem stationären Wert gehalten, bis der Strom auf einen Punkt 23 in dem Diagramm abgesunken ist. Die Punkte 18 und 23 geben jeweils die Werte der Schweißstromstärke an, welche der Ausbildung eines "Schlüsselloches" entsprechen, sowie den Zeitpunkt, in welchem der Schweißstrom um etwa 20 % von seinem stationären Viert abgesunken ist. Der Strom erreicht bei 26 seinen Maximalwert und bleibt bis zu einem Punkt 27 auf einem stationären Wert. Der Anstieg der Gaszufuhr wird durch Einstellen der Zeitspanne gesteuert, welche die Gaszufuhr zum Erreichen ihres Maximalwertes benötigt; diese Zeitspanne wird unter Berücksichtigung des zu verschweißenden Materials und seiner Abmessungen gewählt.material is held at a stationary value until the current has dropped to a point 23 in the diagram. Points 18 and 23 each indicate the values of the welding current intensity which correspond to the formation of a "keyhole", as well as the point in time at which the welding current has dropped by about 20% from its stationary fourth. The current reaches its maximum value at 26 and remains at a stationary value up to a point 27. The increase in the gas supply is controlled by adjusting the length of time it takes for the gas supply to reach its maximum value; this period of time is selected taking into account the material to be welded and its dimensions.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß der Anstieg der Gaszufuhr unkritisch ist und im allgemeinen in einer Zeitspanne von einer Sekunde erreicht wird. Dadurch ist der Punkt 19 festgelegt. Der Punkt 19 kann rechts oder links von dem Punkt 26 liegen, an welchem der Schweißstrom seinen stationären Wert erreicht hat.In practice it has been found that the increase in the gas supply is not critical and is generally achieved within a period of one second. This defines point 19. The point 19 can lie to the right or left of the point 26 at which the welding current has reached its stationary value.
Die für den Anstiegsbereich gewählten Parameter bestimmen die Charakteristiken des Einführungsteiles derThe parameters chosen for the rise range determine the characteristics of the introductory part of the
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ORlGFNAL INSPECTEDORlGFNAL INSPECTED
Schwe li-jun^. Die üchwe ißung wird nicht mit dem >/ollen Schweißstrom begonnen, da sonst an der Anfangssteile der Schweißung ein ί,;.·ο:-")er fiater ia !wall gebildet wird. Zur Vermeidung dieser Wallbildung ist es erwünscht, daß die Gaszufuhr gr'JSer ist aLs 28,3 dm^/Stunde, damit sich ein stabiler Lichtbogen ausbilden kann, außerdem muß der Vorschub des Schweißbrenners bzw, des Markstückes, welcher während der gesamten ochweißfolge auf einem stationären Wert gehalten wird, beginnen bevor sich ein großes Schmelzbad gebildet hat, und schließlich sollte der Beginn des Anstieges der Gaszufuhr so Innge verzögert werden, bis der Schweißstrom die ,Schweißstromstärke erreicht hat, d.h. den Punkt 18, an welchem ein "Schlüsselloch" gebildet wird. Der Schweißstrom ist zwar ebenfalls bei Null beginnend dargestellt, er kann jedoch in der Praxis bei etwa 30 % seines stationären Wertes beginnen, was zum Zünden des Lichtbogens tatsächlich erwünscht ist. Zum Zünden des Lichtbogens kann, wie bei herkömmlichen Schweißvjrfahren, auch ein hochfrequenter Strom verwendet werden,Schwe li-jun ^. The welding is not started with the full welding current, as otherwise a ί,;. · O: - ") he fiater ia! Wall is formed at the beginning of the weld. To avoid this wall formation, it is desirable that the gas supply Larger than 28.3 dm ^ / hour, so that a stable arc can develop, in addition, the advance of the welding torch or the medullary piece, which is kept at a stationary value during the entire welding sequence, must begin before a large weld pool has formed, and finally the start of the increase in the gas supply should be delayed until the welding current has reached the welding current strength, ie the point 18 at which a "keyhole" is formed. The welding current is also shown starting at zero, however, in practice it can start at around 30 % of its steady-state value, which is actually desirable for igniting the arc jrfahren, a high-frequency current can also be used,
Dan Werkstück, der Brenner und die Unterseite des Wert·;) tue Ken sind von einem Inertias, wie beispielsweise . Argon 'inhüllt, wie ea beim Plasmaschweißen üblich ist.Dan workpiece, the torch and the bottom of the value ·;) do Ken are of an inertia, such as. Argon 'envelops, as is common in plasma welding.
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Ί ft 'J H 1 4 / ü R J Ί Ί ft 'JH 1 4 / ü R J Ί
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Diese Umhüllung wird vor dem Beginn des Schweißens aufgebaut, um die örtliche Atmosphäre zu reinigen, und nach Beendigung des ,ichweißVorganges so lange fortgesetzt, bis die Temperatur den Werkstückes ausreichend abgesunken ist, um ein Oxidieren der Schweißung und andere unerwünschte ili,\ikt ionen zwischen dem MetnLl und atmosphärischen Gasen ju verhindern. Sr hat sich gezeigt, daß sich ein guter Auslauf der Schweißung dann ergibt, wenn vor dem Beginn des Abfalles des Schweißstromes die Gaszufuhr auf ihren :iinimalwert gedrosselt wirl. Unmittelbar vor dem Ende des Schweißfolgeteils 25 leitet der Schweißer die DrosseLung der Gaszufuhr ein, für weLche ein Endwert von etwa 30 % der maximalen Gaszufuhr zusammen mit der zum Erreichen dieses Wertes benötigten Zeit gewählt wird. Im Zeitpunkt 27, in weichern die Gaszufuhr auf ihr Minimum an einem Punkt verringert worden ist, beginnt der Strom abzunehmen, der Drahtzuführmotor hält im gleichen Zeitpunkt, in welchem der Strom seinen Wert bei 2$ erreicht, an.This covering is built up before the start of welding in order to clean the local atmosphere and, after the end of the process, continued until the temperature of the workpiece has dropped sufficiently to prevent the weld from oxidizing and other undesirable effects the MetnLl and atmospheric gases ju prevent. It has been shown that the weld runs well if the gas supply is throttled to its minimum value before the start of the welding current drop. Immediately before the end of the welding sequence part 25, the welder initiates the throttling of the gas supply, for which a final value of approximately 30 % of the maximum gas supply is selected together with the time required to reach this value. At time 27, when the gas supply has been reduced to its minimum at one point, the current begins to decrease, the wire feed motor stops at the same time that the current reaches its value at $ 2 .
Ein geringfügiges Absinken des Schweißstromes in der Größenordnung von 10 ,1 ist zulässig, bevor die Gaszufuhr auf ihren Minimalin;rt abgesunken ist.A slight decrease in the welding current in the The order of magnitude of 10.1 is permissible before the gas supply has dropped to its minimum level.
Der Strom ist in L1'ig. L1 aLr. stetig bin auf Mull abf ι L Leu 1 dargest.· 1 Lt, Dan ist zwar möglich, herkömmi icheThe current is in L 1 'ig. L 1 aLr. I am steadily displayed on Mull L Leu 1. · 1 Lt, Dan is possible, conventional
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Schweißstromquellen arbeiten jedoch im allgemeinen unterhalb einer bestimmten Stromstärke nicht mehr. Das wirkt sich auf die Ausführung der Schweißung nicht nachteilig aus, sofern der Schweißstrom auf einen unterhalb von etwa 50 % von seinem stationären Wert gelegenen Wert verringert wird.However, welding power sources generally no longer work below a certain current strength. This does not have a disadvantageous effect on the execution of the weld, provided the welding current is reduced to a value below about 50% of its steady-state value.
Es hat sich gezeigt, daß dadurch, daß der Schweißstrom auf seinem stationären Wert gehalten und die Gaszufuhr gedrosselt wird, die Schweißraupe flüssig und das "Schlüsselloch" geschlossen gehalten werden kann. Es wurden sowohl für den Strom wie auch für die Gaszufuhr Abfallwerte gewählt, bei welchen das Absinken langsam genug vor sich ging, um Risse in der Schweißung aufgrund einer zu schnellen Schwindung des Schmelzbades zu verhindern und um dem Schlüsselloch Zeit zu,geben, damit es sich auffüllen kann, ohne eine konkave Schweißraupenoberfläche zu erzeugen.It has been shown that by keeping the welding current at its stationary value and the gas supply is throttled, the weld bead can be liquid and the "keyhole" can be kept closed. There were both for the current as well as for the gas supply, we selected decay values at which the drop was slow enough to be To prevent cracks in the weld due to rapid shrinkage of the weld pool and around the keyhole Allow time for it to fill up without creating a concave weld bead surface.
Die Gasabfallgeschwindigkeit muß groß genug,Bein, damit kein Gas unter das schwindende Schmelzbad gelangt.The gas decay rate has to be big enough, leg, so that no gas can get under the shrinking weld pool.
Der Endwert der Gaszufuhr sollte auf weniger als 21,2 dm·^ Stunde verringert werden, um die Plasmakraft zu reduzieren und um am Ende der Schweißung eine Kraterbildung zu verhindern. Es sollte jedoch eine zur Äufrechterhaltung eines Lichtbogens ausreichende Gaszufuhr beibehalten werden, EineThe final value of the gas supply should be less than 21.2 dm · ^ Hour to reduce plasma power and to prevent cratering at the end of the weld. However, it should be one to maintain one Sufficient arc gas supply must be maintained, a
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typische Reihe von Werten, welche beim Ausführen einer Umfangsstumpfschweißung nach der Erfindung an einer hochtemperaturbeständigen Nickellegierung, welche unter dem eingetragenen Warenzeichen "Waspaloy" bekannt ist, ausgeführt worden ist, ist in folgender Tabelle zusammengestellt:typical range of values that are used when performing a circumferential butt weld according to the invention on a high temperature resistant nickel alloy, which under the registered Trademark "Waspaloy" has been executed, is compiled in the following table:
Schweißung ausgeführt in Waspaloy (engl. Blechlehre Nr. 12)Welding carried out in Waspaloy (English sheet metal gauge No. 12)
GaszufuhrGas supply
Beginn 28,3 dm5/h Stetiger Wert 42,5 dm5/hStart 28.3 dm 5 / h steady value 42.5 dm 5 / h
Endeend
21,2 dnr/h21.2 dno / h
Zeit vom Beginn bis zum stetigen Wert 1 s Zeit vom stetigen Wert bis zum Endwert 1 sTime from the beginning to the constant value 1 s Time from the constant value to the end value 1 s
SchweißteschwindigkeitWelding speed
Drahtzufuhrgeschwindigkeit (eng]. Draht !ohr ο -1r. 20)Wire feed speed (eng. Wire! Ear ο -1 r. 20)
38,1 cm/min 70,1 cm/min«38.1 cm / min 70.1 cm / min «
- 12 309819/0 8- 12 309819/0 8
2W155 λ*2W155 λ *
Eine im folgenden beschriebene Gaszufuhrregeleinrichtung, welche in Pig« 3 allgemein mit 50 bezeichnet ist, kann in Verbindung mit einer beliebigen Plasmaschweißstromquelle zum Regeln der Gaszufuhr gemäß der Erfindung verwendetA gas supply regulating device described below, which is generally designated 50 in Pig «3, can used in conjunction with any plasma welding power source for regulating the gas supply according to the invention
j werden.j will be.
Die Gaszufuhr vrird durch einen Regelverstärker 36 gesteuert, dessen Ausgang einen Elektromotor 37 mit Strom versorgt. Der Motor 37 verändert über ein Getriebe 38 den Gasstrom durch ein Ventil 39.The gas supply is provided by a control amplifier 36 controlled, the output of which is an electric motor 37 with electricity provided. The motor 37 changes the via a gear 38 Gas flow through valve 39.
Die jeweilige Stellung des Ventils 39, welche die Gaszufuhr festlegt, wird über eine Rückkopplungsschleife auf den Regelverstärker 36 rückgekoppelt. Die Rückkopplungsschleife weist ein von dem Getriebe 38 aus angetriebenes Potentiometer 41 auf, welches mit einem invertierenden Eingang 42 des Regelverstärkers 36 verbunden ist. Auf diese Weise subtrahiert der Verstärker 36 die Iststellung des Ventils 39 von der Sollstellung, welche durch ein Signal an einem nicht invertierenden Eingang 43 repräsentiert wird. Das resultierende Ausgangssignal des Verstärkers wird zum Einstellen des Ventils 39 dem Motor 37 zugeführt. Zur Vermeidung eines Motorfrei laufes ist dieser durch eine Rückkopplung aus dem Getriebe 38 bedämpft. DieseThe respective position of the valve 39, which determines the gas supply, is determined via a feedback loop fed back to the control amplifier 36. The feedback loop has a driven from the gear 38 potentiometer 41, which with an inverting Input 42 of the control amplifier 36 is connected. To this The amplifier 36 subtracts the actual position of the Valve 39 from the desired position, which is represented by a signal at a non-inverting input 43 will. The resulting output of the amplifier is fed to the motor 37 to adjust the valve 39. To avoid the engine running free, this is done a feedback from the transmission 38 attenuates. These
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Rückkopplungsschleife 4o wird durch eine nicht dargestellte Vorgelegewelle in dem Getriebe 38 getriggert.Feedback loop 4o is through a not shown Layshaft triggered in the transmission 38.
Das Betätigungssignal für den Verstärker 36 wird einer Reihe von miteinander verbundenen Schaltungen entnommen. Die Zusammenschaltung zielt, wie im folgenden noch näher erläutert, auf die Erzeugung einer Gaszufuhr, welche das in Fig. 2 dargestellte Profil aufweist, und auf das Koordinieren dieser Gaszufuhr mit der Drahtzuführung und mit der Stromversorgung de3 Schweißbrenners ab.The actuation signal for amplifier 36 is taken from a number of interconnected circuits. As will be explained in more detail below, the interconnection aims to generate a gas supply that enables the Has profile shown in Fig. 2, and on the coordination of this gas supply with the wire feed and with the power supply of the welding torch.
Die Beziehung zwischen den einzelnen Teilen des Blockdiagrammes in Fig, 3 wird nunmehr in bezug auf eine typische Plasmaschweißfolge näher erläutert.The relationship between the various parts of the block diagram in FIG. 3 will now be described with reference to a typical plasma welding sequence explained in more detail.
Eine Schweißfolge beginnt damit, daß ein Schweißer einen Startknopf 44 drückt. Dadurch wird ein Relaie 45 eingeschaltet, welches seinerseits ein weiteres Relais erregt, damit zwei Kontaktpaare 47, 48 geschlossen werden. Das eine Kontaktpaar 47 schaltet eine Einrichtung in einem Block 49 ein, damit an den Regelverstärker 36 ein Signal geliefert wird, welches über den Motor 37 und das Getriebe 38 die Gaszufuhr in der von diesem SignalA welding sequence begins with a welder pressing a start button 44. This creates a relay 45 switched on, which in turn energizes another relay so that two pairs of contacts 47, 48 are closed. One pair of contacts 47 switches a device into a block 49, so that the control amplifier 36 a Signal is supplied, which via the motor 37 and the transmission 38 the gas supply in the from this signal
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275/.275 /.
K<K <
angegebenen Stärke einleitet. Dabei*handelt es sich um einen vorgeschriebenen Wert, v/elcher von dem Schweißer unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des zu schweißenden Materials gewählt worden ist und welcher üblicherweise 50 % der während des Schweißvorganges erforderlichen maximalen Gaszufuhr beträgt..specified strength initiates. This * is a prescribed value that has been selected by the welder taking into account the physical properties of the material to be welded and which is usually 50 % of the maximum gas supply required during the welding process.
Das Relais 35 betätigt außerdem einen Schalter 32, damit die Stromversorgung des Plasmabrenners 3 eingeschaltet wird. Die Stärke des Plasmalichtbogenstromes wird konstant vergrößert, und zwar von demjenigen Wert aus, welcher ein stetiges Zünden des Plasmaschweißlichtbogens sicherstellt. Dafür kann eine in die Sehweißstromversorgungsquelle eingebaute Funktion oder eine gesonderte Einheit innerhalb dieser Stromquelle verwendet werden, Sie ist als Block 51 dargestellt. Die Einrichtungen in Blöcken 62 und 69 haben auf die Anfangsstromversorgung des Brenners 3 keine Auswirkung; ihre Bedeutung ist weiter unten erläutert. Das andere Kontaktpaar 48 legt eine Bezugsspannung, welche aus elektronischen Schaltungen in einem Block 52 abgeleitet wird, der für den Stromanstieg benötigt wird, an eine Klemme 35 eines Schaltverstärkers 53 an. Wenn der Lichtbogenstrom eine bestimmte Stromstärke erreicht, die durch elektronische Schaltungen in einem Block 33 (Punkt l8 inThe relay 35 also actuates a switch 32 so that the power supply to the plasma torch 3 is switched on will. The strength of the plasma arc current is constantly increased, from the value that a ensures constant ignition of the plasma welding arc. A built-in power supply source can be used for this Function or a separate unit can be used within this power source; it is shown as block 51. The devices in blocks 62 and 69 have no effect on the initial power supply to the burner 3; their meaning is explained below. The other pair of contacts 48 sets a reference voltage, which electronic circuits is derived in a block 52, which is required for the current increase, to a Terminal 35 of a switching amplifier 53. When the arc current reaches a certain level of amperage, through electronic circuits in a block 33 (point 18 in
- 15 3 0 9 8 1 9 / 0 8 9 W - 15 3 0 9 8 1 9/0 8 9 W.
Λ>Λ>
Fig, 1) abgei'ühlt wird, ist das an einer Klemme J>k des Schaltverstärkers 53 erscheinende Signal gleich der Bezugsspannung an der Klemme 35. Der Schaltverstärker 53 erregt daraufhin Relais 54 und 55.1) is cooled, the signal appearing at a terminal J> k of the switching amplifier 53 is equal to the reference voltage at the terminal 35. The switching amplifier 53 then energizes relays 54 and 55.
Das Relais 51J verbindet Kontakte 56 miteinander und schaltet dadurch den Drahtvorschubmotor 7 ein. Die Drahtzufuhr kann geändert werden. Ein geeigneter Wert wird vor dem Beginn der Schweißfolge von dem Schweißer gewählt.The relay 5 1 J connects contacts 56 to one another and thereby switches the wire feed motor 7 on. The wire feed can be changed. A suitable value is chosen by the welder before starting the welding sequence.
Das Relais 55 schaltet Kontakte 57 und leitet dadurch den Gaszufuhranstieg, Block 58, ein. Die Gaszufuhr steigt nun so lange stetig an, bis sie den Maximalwert erreicht, welcher in Abhängigkeit von dem maximalen Ausgangssignal aus einem block 59 an der Klemme *O des Verstärkers 36 eingestellt ist. Der Block 59, welcher die maximale Grenze für die Gaszufuhr liefert, kann vor dem Beginn der Schweißfolge eingestellt werden.The relay 55 switches contacts 57 and thereby initiates the increase in gas supply, block 58. The gas supply increases now steadily until it reaches the maximum value, which depends on the maximum output signal from a block 59 at the terminal * O of the amplifier 36 is set. The block 59, which supplies the maximum limit for the gas supply, can be carried out before the start of the welding sequence can be set.
Die elektronischen Schaltungen im Block 58 sind so ausgelegt, daß die Zeit, welche die Gaszufuhr zum Ansteigen von dem durch den Block ^9 eingestellten Anfangswert auf den durch den Block 59 festgelegten Maximalwert benötigt,The electronic circuitry in block 58 is like this designed that the time it takes for the gas supply to rise from the initial value set by the block ^ 9 requires the maximum value determined by block 59,
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9819/08939819/0893
2?5/f155 Pr 2? 5 / f155 Pr
gewählt werden kann, "Dadurch wird die Steigung der Linie zwischen den Punkten 21 und 19 in Fig. 2 festgelegt.can be selected, "This determines the slope of the line between points 21 and 19 in FIG.
Der maximale Lichtbogenstrom wird durch die Einrichtung in einem Block 62 begrenzt. Es kann sich dabei um eine Eigenschaft der Schweißstromquelle bzw, um eine, besondere Einheit innerhalb dieser Stromquelle handeln.The maximum arc current is limited by the device in a block 62. It can be a Property of the welding power source or a special unit within this power source.
Die Schweißung wird mit gleichbleibenden Werten der Drahtzufuhr, der Gaszufuhr und der Lichtbogenstromstärke so lange fortgesetzt, bis sich der Schweißer an einem Punkt 25 für eine Beendigung der Schweißfolge entscheidet und einen Abfallknopf 63 drückt. Für das Einleiten des Abfallteils der Schweißung kann auch ein nicht dargestellter Zeitschalter verwendet werden.The weld is made with constant values of the wire feed, the gas feed and the arc amperage continued until the welder decides to terminate the welding sequence at a point 25 and pushes a waste button 63. For initiating the A timer, not shown, can also be used for the waste part of the weld.
Durch das Niederdrücken des Abfallknopfes wird der Strom zu den Relais 46 und 55 unterbrochen. Die Kontakte 47, 48, 57 schalten um und die Gaszufuhr beginnt abzunehmen, wobei die Stärke der Abnahme durch einen Block 64 gesteuert wird. Die Zeit, welche benötigt wird, um die Gaszufuhr von ihrem Maximalwert auf ihren Endwert zu ändern, kann geändert werden, um dadurch die Steigung der Linie 25, in B'ig, 2 zu ändern,Depressing the dropout button cuts power to relays 46 and 55. Contacts 47, 48, 57 switch over and the gas supply begins to decrease, the strength of the decrease being controlled by a block 64 will. The time it takes to change the gas supply from its maximum value to its final value can be can be changed to thereby change the slope of line 25, in B'ig, 2,
- 17 -- 17 -
30 i) 819/0 89 330 i) 819/0 89 3
Das Rückkopplungssignal aus dem Potentiometer 41 wird mit dem Signal aus dem Block 65» welches den Endwert der Gaszufuhr darstellt, in einem Schaltverstärker 66 verglichen. Wenn die beiden Werte gleich sind, erregt der Schaltverstärker 66 ein Relais 67. Dieses schließt Kontakte 68 und sendet eine Instruktion an einen Block 69, damit das Absenken des Stromes eingeleitet wird. Der Strom nimmt mit einer bestimmten Geschwindigkeit ab, welche ebenfalls eine Funktion der Schweißstromquelle bzw. einer bestimmten Einheit sein kann. Wenn die Stromstärke so weit abgenommen hat, daß die Spannung an der Klemme ~5k des Schalt Verstärkers gleich der durch einen für den Stromabfall verwendeten Block 71 eingestellten neuen Bezugsspannung ist, schaltet der Schaltverstärker 53 ab, entregt das Relais 55 und hält den Drahtvorschubmotor 7 an.The feedback signal from the potentiometer 41 is compared in a switching amplifier 66 with the signal from the block 65, which represents the end value of the gas supply. If the two values are the same, the switching amplifier 66 energizes a relay 67. This closes contacts 68 and sends an instruction to a block 69 so that the lowering of the current is initiated. The current decreases at a certain speed, which can also be a function of the welding power source or a certain unit. When the current has decreased so far that the voltage at terminal ~ 5k of the switching amplifier is equal to the new reference voltage set by a block 71 used for the current drop, the switching amplifier 53 switches off, de-energizes the relay 55 and stops the wire feed motor 7 .
Der Plasmalichtbogenschweißstrom sinkt so lange weiter ab, bis er entweder Null oder die an der Stromquelle verfügbare untere Grenze erreicht. Diese untere Grenze sollte vorzugsweise jedoch nicht größer als 50 % des stationären Schweißstromes sein.The plasma arc welding current continues to decrease until it reaches either zero or the lower limit available at the power source. However, this lower limit should preferably not be greater than 50 % of the steady-state welding current.
Die Einrichtung kann mit einem nicht dargestelltenThe device can be equipped with a not shown
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30^819/089330 ^ 819/0893
Rückstellknopf ausgerüstet sein, damit die Einrichtung für eine weitere Schweißfolge bereitgemacht werden kann, über diesen Rückstellknopf würden sämtliche Zweiwegschalter auf eine Nullstellung, in welcher keine der beiden Ausgangsschaltverbindungen der Schalter durchgeschaltet sind, zurückgestellt und außerdem sämtliche Einwegschalter aufgetrennt werden.Be equipped with a reset button so that the device can be made ready for another welding sequence, Using this reset button, all two-way switches would be set to a zero position in which neither of the two output switching connections the switches are switched through, reset and also disconnected all one-way switches will.
Der Vorschub des Werkstückes unter dem Plasmalichtbogen kann von Hand oder durch in die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung eingebaute Schalter gesteuert werden. Der Vorschub kann beispielsweise durch den Schalter 44 gestartet und durch einen Zeitschalter beendet werden, welcher so eingestellt ist, daß er eine geeignete Zeitspanne, z.B. zehn Sekunden, nach dem Ende des Schweißvorganges abschaltet. Diese Zeitspanne ist unkritisch.The advance of the workpiece under the plasma arc can be done by hand or by the one shown in FIG. 3 Facility built-in switches can be controlled. The advance can be started, for example, by the switch 44 and can be terminated by a timer which is set to run for an appropriate length of time, e.g. Seconds after the end of the welding process. This time span is not critical.
Geeignete Stromversorgungseinrichtungen sind mit der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung über Klemmen 73 verbunden.Suitable power supply devices are connected to the device shown in FIG. 3 via terminals 73.
Oben ist die Steuerung der Gaszufuhr in bezug auf eine Korrelation mit dem Plasmalichtbogenschweißstrom beschrieben worden. Wenn einmal die Beziehungen zwischenAbove is the control of the gas supply with respect to a correlation with the plasma arc welding current has been described. Once the relationships between
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61.9/0 0.9 361.9 / 0 0.9 3
2754155 IO 2754155 IO
dem Strom und der Gaszufuhr verstanden worden sind, ist es auch gut möglich, den Schweißstrom in Abhängigkeit von der Gaszufuhr in einem bestimmten Zeitpunkt zu steuern bzw. zu regeln.the current and the gas supply have been understood, it is also quite possible to determine the welding current as a function of to control or regulate the gas supply at a certain point in time.
Wenn die Zeitabschnitte und Steigungen bekannt sind, ist es tatsächlich möglich, jeden beliebigen Parameter der Erfindung durch Korrelation mit jedem anderen Parameter zu steuern bzw. zu regeln.Indeed, if the time periods and slopes are known, it is possible to use any parameter of the To control or regulate the invention by correlation with any other parameter.
Zum Schweißen sehr dicker Werkstücke ist es nicht praktisch, das "Schlüsselloch"-Verfahren anzuwenden. Bei Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens sind mehrere Schweißdurchgänge erforderlich, was als überlappungs- bzw. Überlagerungsschweißen bekannt ist. Dieses Verfahren kann ebenfalls unter Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung und unter Verwendung der oben mit Bezug auf die Anstiegsund Abfallbereiche beschriebenen Verfahren ausgeführt werden.It is not practical to use the "keyhole" technique for welding very thick workpieces. at Using the method described here, several welding passes are required, which can be seen as overlapping or Overlay welding is known. This method can also be carried out using the device according to the invention and performed using the methods described above with respect to the rise and fall regions.
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3 0 9 8 1 9 / 0 8 y 'i 3 0 9 8 1 9/0 8 y 'i
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