DE2450358C2 - Schaltung zur Regelung der Drahtvorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Schweißspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit einer sich verzehrenden Drahtelektrode in Abhängigkeit von der Schweißspannung auf einen gegebenen Arbeitspunkt so, daß die Schweißspannung und/oder die Bogenlänge konstant bleiben, gemäß wahlweise verschiedenen statischen Regelkennlinien mit unterschiedlicher Steilheit der Beziehung der Vorschubgeschwindigkeit zur Schweißspannung und verschiedenen Schweißspannungen, bei denen der Drahtvorschub beginnt, den Draht gegen das Werkstück führen.

Es ist bekannt (DE-OS 2039 712), die Vorschubgeschwindigkeit einer sich verzehrenden Drahtelektrode in Abhängigkeit von der Schweißspannung auf einen gegebenen Arbeitspunkt so zu regeln, daß die Schweißspannung und/oder die Bogenlänge konstant bleiben, indem man verschiedene statische Regelkennlinien mit unterschiedlicher Steilheit der Beziehung der Zuführgeschwindigkeit zur Schweißspannung ermöglicht, von denen dann eine ausgewählt wird. Die Wahl einerseits der Kennliniensteilheit und andererseits derjenigen Schweißspannung, bei der der Drahtvorschub beginnt, den Draht gegen das Werkstück zu fördern, in Zuordnung zu einem gegebenen, der geforderten Abschmelzgeschwindigkeit entsprechenden Arbeitspunkt schafft insbesondere für das automatische Schweißen günstige Voraussetzungen.

Die Erfindung besteht darin, daß die abgegriffene Schweißspannung an die Reihenschaltung eines mit veränderlichem Abgriff versehenen Widerstandes und einer mit Hilfe eines Schalters selektiv in die Schaltung einbeziehbaren und durch den Schalter auch überbrückbaren Konstantspannungsdiode gelegt ist und daß die zwischen dem Abgriff und einer der Endklemmen des Widerstandes abgenommene Spannung die Stromaufnahme eines Drahtvorschubmotors bestimmt.

Durch die Erfindung wird eine Schaltung angegeben, mit deren Hilfe die Regelung des Schweißvorgangs im beschriebenen Sinne durchführbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung :^: ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Auf der Zeichnung zeigt

F i g. 1 Kennlinien der Elektrodenzuführgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Schweißspannung,
Fig.2 eine Schaltung zur Erzielung dieser Kennlinien. "" '"

In F i g. 1 ist eine Anzahl paralleler Kennlinien A\o, Bio, Cio, Ao und £Ίο dargestellt, die einen gleichen gegenseitigen Abstand voneinander haben. Es ist

ίο möglich, .eine durch eine Kennlinie A₁ dargestellte Charakteristik innerhalb eines durch einen Winkel θ wiedergegebenen Bereichs zwischen der Kennlinie Aio und der die Schweißspannung darstellenden Abszisse einzustellen. Entsprechend können die gewünschten

is Regelcharakteristiken auch so eingestellt werden, wie es durch Kennlinien Bu C D; und E-, dargestellt ist, und zwar innerhalb des Bereichs desselben Winkels Θ. zwischen den jeweiligen Kennlinien Äio, Go, Ao bzw. £•0, die eine maximale Neigung aufweisen, und der Abszisse. Es ist erwünscht, über eine möglichst große Anzahl der Kennlinien A₁₀, Bw- ■ ■ Mo mit der maximalen Neigung zu verfügen, die zwischen sich nur möglichst kleine Zwischenbereiche aufweisen. Im Extremfall ist es möglich, kontinuierlich von der Kennlinie A\₀ auf die Kennlinie Mo überzugehen. Es kann jedoch auch bei einer endlichen Anzahl der Charakteristiken Aio, B\₀... Mo stufenweise umgeschaltet werden. Sie unterscheiden sich voneinander nur in ihren Schnittpunkten mit der Abszisse.

Das Verfahren der Regelung der Schweißspannung entsprechend den statischen Regelungskennlinien nach F i g. 1 ist insofern bemerkenswert, als eine Mehrzahl von Kennlinien Ai, Bi... Ni zur Verfügung stehen, die in ihrer Anzahl der Zahl der Kennlinien Ai₀, ßio ·. · Mo mit der maximalen Neigung entsprechen und im allgemeinen durch einen Arbeitspunkt P verlaufen, an dem für eine festgesetzte Schweißspannung Vi eine Elektrodenvorschubgeschwindigkeit f\ herrscht.
Gewöhnlich wird die Bedeutung der Neigung der durch den Arbeitspunkt P verlaufenden Kennlinien wenig beachtet, und es wird hauptsächlich der gewünschte Arbeitspunkt angezielt Durch die Regelung nach F i g. 1 kann die Neigung der durch den Arbeitspunkt P verlaufenden Kennlinie durch selektive Bestimmung einer Ausgewählten von den Regelungscharakteristiken, die den Arbeitspunkt P enthalten, gewählt werden.

Beim Schweißen haben Parameter wie der Schweißstrom /, die Schweißspannung V und die Länge L des Elektrodenüberstandes (das ist der Abstand zwischen der Elektrodenspitze, an der der Lichtbogen ansetzt, und dem Elektrodenpunkt, der in Kontakt mit der Klemme der Stromquelle steht) bedeutenden Einfluß auf das Schweißergebnis in verschiedener mechanischer Hinsicht, wie etwa im Röntgenbild sich darstellenden Fehlern, der Form der Schweißraupe, denn Aussehen und dem Einbrand.

Von den genannten Parametern werden zumeist nur der Schweißstrom / und die Schweißsjpannung V geregelt Um jedoch stabile Schweißergebnisse zu erzielen, ist es erwünscht, auch eine optimale Länge des Elektrodenüberstandes einzuregeln.

F i g. 2 zeigt eine Schaltung zur Durchführung dieser Regelung. Die Schaltung enthält eine Scliweißstromquelle 100 von üblicher Art, die Gleichstrom oder Wechselstrom liefert und deren Stromklemmen mit einem zu schweißenden Werkstück 200 bzw. einer sich verzehrenden Drahtelektrode 201 verbunden sind. Zwei

Drahtvorschubrollen 202 werden von einem Vorschubmotor 204 angetrieben und bewirken den Vorschub der Drahtelektrode 201. An die Drahielektrode 201 ist die Leitung 102 und an das Werkstück 200 ist über die Klemme 203 die Leitung 101 angeschlossen, um die Schweißspannung V abzugreifen und einer Regelschaltung einzuspeisen, wie noch im einzelnen beschrieben wird.

Im Fall einer Wechselstromspeisung sind Schalter Si₃, •Si*. Sie und 5₁₍/ so gestellt, daß sie ihre mit AC ic bezeichneten Wechselstromkontakte schließen, wodurch die Leitungen 101 und tO2 über eine Sicherung Fi mit Leitungen 108 bzw. 109 verbunden werden. Schalter S₃* Sib und Sjc sind stets so gestellt, daß sie ihre Kontakte CA schlieSen, wie in F i g. 2 dargestellt, wenn das Schweißen in der beschriebenen Weise durchgeführt werden solL Die Schweißspannung V wird so einem Gleichrichtersystem mit Dioden Dr, D&, Du und D\3 zum Erzeugen einer Gleichspannung aus der Schweißspannung zwischen Leitungen 138 und 1S5, die mit negativer bzw. positiver Polarität belegt werden, eingespeist

Die Gleichspannung wird an eine Reihenschaltung von Konstantspannungsdioden ZDj, ZDi, ZD* und ZD\o über einen Widerstand A₁₆ angeschlossen. Diese Konstantspannungsdioden sind so gewählt, daß sie eine kombinierte Durchbruchsspannung der Reihenschaltung aufweisen, die niedriger liegt als die daran anliegende Gleichspannung bei einem Schweißstrom gleich Null, jedoch höher liegt als diejenige bei einem normalen Schweißvorgang.

Weitere Konstantspannungsdioden ZD₃, ZD*, ZD₅ und ZDi sind selektiv zwischen die Leitungen 138 und 155 über den Widerstand Rie und einen veränderlichen Widerstand VR mit Hilfe eines Schalters Si geschaltet Die Dioden ZD₃, ZD*, ZD₅ und ZD₆ haben verschiedene Durchbruchspannungen, wodurch sich die Spannung zwischen ihren Anschlußleitungen 137 und 148 in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters S₂ auf einen der mit den jeweiligen Dioden verbundenen Kontakten 144, 145, 146 und 147 ändert. Als Ergebnis ändert sich auch der Spannungsabfall am veränderlichen Widerstand VR mit derselben Gleichspannung in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters S₂. Ist also die Durchbruchspannung der gewählten Konstantspannungsdiode höher, so ist der Spannungsabfall am veränderlichen Widerstand VR um so kleiner.

Der veränderliche Widerstand VR hat einen Schleif abgriff, der mit einer Leitung 136 zum Belegen mit einer Spannung Vr verbunden ist Diese Spannung Vr stellt also einen Teil der Spannung am Widerstand VR dar. Diese Spannung Vr bestimmt über einen Transistor TR2 oder direkt die Speisespannung des Vorschubmotors 204.

Mit der soweit beschriebenen Schaltung ist die Beziehung zwischen der Spannung Vr und der Schweißspannung die gleiche wie zwischen der Drahtvorschubgeschwindigkeit /und der Schweißspannung, wie sie in F i g. 1 durch die statischen Regelkennlinien Ai, Bi... Ei gezeigt ist Die Spannung Vr ist also eo repräsentativ für die Vorschubgeschwindigkeit / der statischen Regelcharakteristiken. Durch Änderung der Stellung des Schalters S₂ erhält man über Spannung Vr selektiv eine der statischen Regelkennlinien Ai, B₁... Ej, und die Stellung des Schleifkontaktes bestimmt den Gradienten der Spannung Vr entsprechend dem Gradienten der statischen Regelkennlinien, wie sie beispielsweise bei £10, Es... dargestellt sind.

Soll die Drahtvorschubgsschwindigkeit /entlang der statischen Regelkennlinie £y geregelt wurden, so wird der Schalter S₂ so gestellt daß er den Kontakt 147 schließt, wodurch die Konstantspannungsdioden ZDs und ZDo, die die höchste in der Schaltung erzielbare Durchbruchspannung ergeben, hinter einander in Reihe mit dem veränderlichen Widerstand VR geschaltet werden. Wird die statische Regelkennlinie £io gewählt, so ist der Schleifkontakt in den Bereich des mit der Leitung 137 verbundenen Endes von VR zu bewegen, und wird E₂ gewählt, so ist er in den Bereich des anderen, mit der Leitung 138 verbundenen Endes zu bewegen.

Ist andererseits der Schalter S₂ so gestellt daß ein Kontakt 143 geschlossen ist so ist keine der Konstantspannungsdioden ZD₃ bis ZD₆ in die Schaltung geschlossen und somit ist die Spannung Vr proportional zur Schweißspannung, was der Kennlinie A₁ entspricht Die Durchbruchspannung der angeschlossenen Konstantspannungsdiode ZD₃, ZD* ... bestimmt also den Wert der Schweißspannung, an dem die Kennlinie die Abszisse schneidet

Der Vorschubmotor 204, der ein Gleichstromnebenschlußmotor oder magnetoelektrischer Motor sein kann, ist so gesteuert daß seine induzierte Spannung V_M im wesentlichen gleich der Spannung Vr ist Zu diesem Zweck wird die Spannungsdifferenz Vr — V_M zwischen den Spannungen Vr und Vm durch eine Reihenschaltung von Widerständen Rx₀, Rn und Ri 2 geteilt und so der Transistor TR₂ mit einem geeigneten Emitter-Basis-Strom gespeist der der Spannungsdifferenz proportional ist Wird die Spannungsdifferenz Vr — Vm größer, so wird die Impedanz des Transistors TjR₂ um so kleiner.

Mit dem Transistor TR₂ ist ein Kondensator C₂ über einen Widerstand R7 so verbunden, daß er mit der Spannungsdifferenz zwischen der zwischen den Leitungen 108 und 109 liegenden Schweißspannung V und der induzierten Spannung Vm aufgeladen wird, und zwar über die Gleichrichter D₁, Da, Di 1 und D₎₂ sowie D₃.

Soweit die oben genahnte Spannungsdifferenz nahezu unverändert ist, wird die Aufladegeschwindigkeit oder Spannungsanstiegsgeschwindigkeit des Kondensators C₂ durch die Impedanz des Transistors TR₂ bestimmt Wird die Impedanz höher, so wird die Aufladegeschwindigkeit niedriger und umgekehrt. Erreicht die Spannung des Kondensators C₂ einen gegebenen Wert so wird ein Unijunktion-Transistor TRi leitend, wodurch eine Sekundärwicklung Tn eines Impulstransformators über den Gleichrichter D₃ von der Schweißspannung erregt wird.

Die Tertiärwindungen Tr₂ und Tr₃ erzeugen dann Impulse, die an die Gatter von gesteuerten Siliciumgleichrichtern 5CRi bzw. SCR₂ angelegt werden. Da die Schweißspannung in jeder Halbwelle dem Nullpotential nahe kommt, wird der Kondensator C₂ entladen und für den Aufladevorgang in der nächsten Halbwelle vorbereitet.

Der Motor 204 wird also abwechselnd über die leitenden gesteuerten Siliciumgleichrichter 5CRi und SCR₂ in jeder Halbwelle von der Schweißspannung gespeist und zwar mit einem Zündwinkel, der von der Aufladegeschwindigkeit des Kondensators C₂ und somit von der Impedanz des Transistors TR₂ abhängt. Wird die Impedanz höher, so verschiebt sich der Zündwinkel nach hinten, was eine schwächere Speisung des Motors 204 und somit eine Erniedrigung der Motordrehzahl zur Folge hat Wird andererseits die Impedanz kleiner, so erhöht der Motor 204 seine Drehzahl. Wie erwähnt, wird die Impedanz des Transistors TR₂ höher, wenn die

Spannungsdifferenz Vr- Vm kleiner wird, und wird kleiner, wenn jene höher wird. Wird also die Spannungsdifferenz Vr- V_M größer, so erhöht der Motor 204 seine Drehzahl, und wird sie niedriger, so erniedrigt der Motor 204 seine Drehzahl. Die Schaltung s nach Fig.2 regelt die Motordrehzahl so, daß die Spannungsdifferenz Vr- V_M auf einem gegebenen kleinen Wert festgehalten wird. Die Motordrehzahl und damit die Drahtvorschubgeschwindigkeit ist also einstellbar, indem die Spannung Vr eingestellt wird, und ist ι ο so regelbar, daß sie dem eingestellten Wert der Spannung Vr mit Änderungen der Schweißspannung V nahezu proportional ist.

Wie erwähnt, ist die Beziehung der Spannung Vr und der Schweißspannung V die gleiche wie diejenige zwischen der Drahtvorschubgeschwindigkeit /und der Schweißspannung Vgemäß F i g. 1. Das Schweißen wird also so durchgeführt, daß die Beziehung zwischen der Drahtvorschubgeschwindigkeit /und der Schweißspannung V einer ausgewählten Kennlinie der statischen Regelkennlinie Ai, B₁... Ei gemäß Fig. 1 folgt, deren Anstiegspunkt, also der Schnittpunkt der Kennlinie mit der Abszisse, durch die Stellung des Schalters S₂ bestimmt wird und deren Gradient von der Stellung des Schleifkontaktes des veränderlichen Widerstands VR bestimmt wird.

Bei dieser Schaltung wird der Motor 204 von elektrischer Leistung angetrieben, die von der Schweißstromquelle 100 stammt Die Schaltung kann jedoch auch so aufgebaut sein, daß die Schweißspannung nur an die Brackenschaltung mit den Dioden D₇, Dt, Du und Di 2 angelegt wird, um die Spannung Vr zu erzeugen, während die Schaltung zum Antrieb des Motors 204 mit dem Kondensator C₂, dem Transistor TR₂ und den gesteuerten Siliciumgleichrichtern SCR\ und SCR₂ von einer zusätzlichen Wechselstromquelle gespeist wird, die im wesentlichen konstante Spannung hat.

Die Schaltung ist außerdem anwendbar für Gleichstromschweißung, indem die Schalter 5|«, Su,, S\_c und S\d auf ihre jeweiligen mit DC bezeichneten Gleichspannungskontakte umgeschaltet werden. In diesem Fall werden die Leitungen 108 und 109 mit Stromklemmen einer äußeren Wechselstromquelle (nicht gezeigt) über Leitungen 105 und 106 verbunden, während die Schweißspannung, die hierbei eine Gleichspannung ist, unmittelbar an die Reihenschaltung des veränderlichen Widerstands VR, des Schalters S₂, der Konstantspannungsdioden ZDi, ZD*, ZLh und ZD₆ und des Widerstands Rm über die Zuleitungen 101 und 102, die Schalter S₃b und Sie und über Leitungen 156 und 157 zugeführt wird, wodurch die Spannung Vr in gleicher Weise wie beim Wechselstromschweißen erzeugt wird. Der Motor 204 wird also durch Speisung von der äußeren Wechselstromquelle betrieben, wobei eine Regelung in bezug zur Spannung Vr erfolgt, und die Beziehung zwischen der Spannung Vr und der Schweißspannung folgt einer ausgewählten Kennlinie der statischen Regelkennlinien nach F i g. 1.

Mit der beschriebenen Schaltung kann also das Schweißverfahren, das in der Industrie erhebliche Vorteile erbringt, günstig durchgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit einer sich verzehrenden Drahtelektrode in Abhängigkeit von der Schweißspannung auf einen gegebenen Arbeitspunkt so, daß "die Schweißspannung und/oder die Bogenlänge konstant bleiben, gemäß wahlweise verschiedenen statischen Regelkennlinien mit unterschiedlicher Steilheit der Beziehung der Vorschubgeschwindigkeit zur Schweißspannung und verschiedenen Schweißspannungen, bei denen der Drahtvorschub beginnt, den Draht gegen das Werkstück zu führen, dadurch gekennzeichnet, daß die abgegriffene Schweißspannung (V) an die Reihenschaltung eines mit veränderlichem Abgriff versehenen Widerstands (VR)und einer mit Hilfe eines Schalters (S 2) selektiv in die Schaltung einbeziehbaren und durch den Schalter (S 2) auch überbrückbaren Konstantspannungsdiode (ZD₃, ZD*, ZDs, ZD₆) gelegt ist und daß die zwischen dem Abgriff und einer der Endkletnmen des Widerstandes (VR) abgenommene Spannung (Vr) die Stromaufnahme eines Drahtvorschubmotors (204) bestimmt