DE2529600A1

DE2529600A1 - Mig-schweisslichtbogenzuendvorrichtung

Info

Publication number: DE2529600A1
Application number: DE19752529600
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Fernicola
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1974-07-03
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1976-01-22
Also published as: US3968340A; CA1037568A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 O C O QC Π Π

L-9582-G

^!" t Juli 1975

UNION CARBIDE CORPORATION 27Ο Park Avenue, New York, N.Y- 10017, V.St0A₁

MIG-Schweißlichtbogenzündvorrichtung

Die Erfindung befaßt sich mit einer Lichtbogenzündvorrichtung und betrifft insbesondere eine in Verbindung mit einer Konstantstromquelle zu verwendende MIG-Lichtbogenzündvorrichtung.

Beim MIG-Schweißen mit einer Konstantstromquelle wird herkömmlicherweise die Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode geregelt, indem die Lichtbogenspannung als zurückgeführte Regelvariable benutzt wird. Es ist auch bekannt, für den Schweißer eine einstellbare Drahtvorschubgeschwindigkeitssteuerung vorzusehen, so daß ein Lichtbogen ausgebildet werden kann, indem die Drahtelektrode bis zum Kontakt mit dem Werkstück mit einer Vorschubgeschwindigkeit vorbewegt wird, die sich von der gewünschten Schweißvorschubgeschwindigkeit unterscheidet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn mit Aluminiumdraht geschweißt wird. Bewegt sich in einem solchen Falle der Draht zu rasch vor, wenn er mit dem Werkstück in Kontakt kommt, kann sich der Draht verbiegen; mindestens wird das Zünden des Lichtbogens schwieriger. Für den Schweißer ist es daher allgemein, und insbesondere beim Schweißen mit Aluminiumdraht, günstiger, mit einer geringeren, vorzugsweise einstellbaren Kriechgeschwindigkeit für das Zünden

FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

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des Lichtbogens und danach mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit für das Schweißen selbst zu arbeiten. Wird das Zünden mit einer niedrigeren Kriechgeschwindigkeit und der Übergang auf eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit mechanisiert oder automatisiert, wächst die Gefahr erheblich, daß ein vorzeitiger Geschwindigkeitswechsel erfolgt, bevor der Lichtbogen sicher ausgebildet ist. Dies kann zur Folge haben, daß der Lichtbogen instabil wird und aussetzt und/oder daß sich die Aluminiumdrahtelektrode abbiegt und gegen die Werkstückoberfläche anlegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogenzündvorrichtung zu schaffen, die sich für das Schweißen mit abschmelzenden Elektroden unter Verwendung einer Konstantstromquelle eignet. Insbesondere soll eine Lichtbogenzündvorrichtung zum MIG-Schweißen unter Verwendung einer Konstantstromquelle geschaffen werden, die die Elektrode zwecks Ausbildung des Lichtbogens mit einer Kriechgeschwindigkeit vorbewegt und auf eine höhere Schweißgeschwindigkeit umschaltet, nachdem der Lichtbogen ausgebildet ist, wobei gegen die Möglichkeit eines vorzeitigen Geschwindigkeitswechsels vorgebeugt ist. ,

Bei einer Zündvorrichtung zum Ausbilden eines mit inertem Gas geschützten, aus einer Konstantstromquelle gespeisten Lichtbogens zwischen einer abschmelzenden Drahtelektrode und einem Werkstück, mit einer Einrichtung zum einstellbaren Vorschieben der Drahtelektrode in Richtung auf das Werkstück in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeitsregelsignalinformation sowie mit

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einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Geschwindigkeitsregelsignalinformation wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine ein Ausgangssignal liefernde Ladeschaltung, eine auf die Spannung zwischen Elektrode und Werkstück ansprechende Einrichtung, die die Ladeschaltung entsperrt, wenn die Spannung einen ersten vorbestimmten Wert übersteigt und die die Ladeschaltung sperrt, wenn die Spannung einen zweiten vorbestimmten Wert unterschreitet, eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eine erste Geschwindigkeitsregelsignalinformation liefert, eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von der Sperrung der Ladeschaltung das Ausgangssignal über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg in steuerbarer Weise entlädt und eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von der Entladung des Ausgangssignals eine zweite Geschwindigkeitsregelsignalinformation liefert, wodurch die erste Geschwindigkeitsregelsignal information um die vorbestimmte Zeitspanne verlängert wird, um dem Lichtbogen zu gestatten, sich auszubilden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die beiliegende Zeichnung zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Zündvorrichtung nach der Erfindung.

Eine abschmelzende Elektrode E, die aus einem Metall, wie AIu-

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miniurn, besteht und Stab- oder Drahtform hat, wird von einer Drahthaspel 1O mittels einer Vorschubrolle 12 abgezogen und durch ein Kontaktrohr 14 eines herkömmlichen (nicht veranschaulichten) Lichtbogenbrenners hindurchgeführt, bei dem es sich entweder um einen Handbrenner oder einen Maschinenbrenner handeln kann» Die Vorschubrolle 12 wird mittels eines Motors M angetrieben, der seinerseits von einer herkömmlichen elektronischen Steuerung 16 aus gesteuert wird. Die Steuerung 16 läßt den Motor M mit einer Drehzahl laufen, die in Abhängigkeit von einer von der Lichtbogenzündvorrichtung nach der Erfindung gelieferten Geschwindigkeitsregelinformation sowie in Abhängigkeit von anderen Informationen eingestellt wird, die mit der Elektrodenvorschubgeschwindigkeitsinformation für das Zünden des Lichtbogens nicht in Verbindung stehen.

Eine Konstantstromquelle 20 mit einer Leerlaufausgangsspannung im Bereich von ungefähr 7O bis 8O V liegt parallel zu der Strekke Elektrode E - Werkstück W. Gleichfalls parallel zu der Elektrode E und dem Werkstück W liegen eine herkömmliche Lichtbogenspannungsmeßschaltung 22 und eine einen Teil der Lichtbogenzündvorrichtung bildende Reihenschaltung aus einem Spannungsrelais 24 und einer Zenerdiode 26. Die Lichtbogenspannungsmeßschaltung 22 liefert eine Ausgangsspannung 18, die proportional der Spannung an dem Lichtbogen ist und die in herkömmlicher Weise als variables Rückführungssignal benutzt wird, das der Motorsteuerung 16 zugeführt wird, um die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode in Abhängigkeit von Änderungen der Lichtbogenspannung

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einzustellen.

Zu der Lichtbogenzündvorrichtung gehört neben der Reihenschaltung aus Spannungsrelais 24 und Zenerdiode 26 eine Schaltungsanordnung 3O» Die Arbeitsabfolge zur Ausbildung eines Lichtbogens umfaßt folgende Schritte: Ermitteln eines offenen Stromkreises zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W; Vorschub der Elektrode in Richtung auf das Werkstück W mit einer anfänglichen ersten Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dieser Leerlaufbedingung; Ermitteln des Kurzschlusses zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W sowie Umschalten auf eine höhere, spannungsabhängig geregelte Elektrodenvorschubgeschwindigkeit eine vor bestimmte Zeitspanne nach Ausbildung des Kurzschlusses»

Ein Schalter S, der der Einfachheit halber als handbetätigter Steuerschalter veranschaulicht ist, verbindet die Schaltungsanordnung 3O mit der Steuerung 16. Der Schalter S wird in Verbindung mit dem Einschalten der Stromquelle 2O geschlossen. Das Spannungsrelais 24 wird in Abhängigkeit von einer aufgedrückten Spannung der Schweißstromquelle erregt, die einem offenen Stromkreis an der Strecke Elektrode E - Werkstück W entspricht, Die Zenerdiode 26 sorgt dafür, daß das Spannungsrelais 24 bei einer vorbestimmten Spannung erregt wird, die etwas kleiner als die Leerlaufspannung aber größer als die normale Schweißspannung ist. Nach Anziehen des Spannungsrelais 24 schließt dessen Kontakt 32, wodurch eine Ladeschaltung 25 entsperrt wird, die aus einem Kondensator C1 und einem Widerstand R2 besteht, die

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parallel zueinander und in Reihe mit einem Widerstand R1 liegen. Der Widerstand R1 hat vorzugsweise einen sehr kleinen Widerstandswert, der erheblich unter dem Wert des Widerstandes R2 liegt, dessen Funktion in erster Linie darin besteht, die Entladung des Kondensators C1 zu steuern. Sobald daher der Kontakt 32 schließt, wird der Kondensator C1 über den Widerstand R1 rasch aufgeladen, und zwar im wesentlichen auf den vollen Gleichspannungswert B+.

Der Ausgang 26¹ der Ladeschaltung 25 ist an zwei herkömmliche Festkö'rperinverter 34 und 36 angeschlossen. Die Inverter sind als Stufen mit offenem Kollektor ausgebildet; ihre Ausgänge 35 und 37 liegen bei einem kleinen Eingangssignal im wesentlichen auf einer unendlichen Impedanz sowie bei einem hohen Eingangssignal im wesentlichen auf der Impedanz Null. Der Ausgang 37 des Inverters 36 liegt daher praktisch auf Masse, wenn der Ausgang 26' der Ladeschaltung 25 eine der vollen Aufladung des Kondensators C1 entsprechende Spannung führt. Der Ausgang 35 des Inverters 34 ist mit Invertern 40 und 42 verbunden, wodurch die niedrige Eingangsimpedanz erneut in eine hohe Ausgangsimpedanz an den Ausgängen 44 bzw. 46 umgewandelt wird. Wenn der Ausgang 44 auf hoher Impedanz liegt, wird ein aus Widerständen R3 und R4 bestehender Spannungsteiler 48 entsperrt, wodurch am Ausgang einer Ausgangsemitterfolgestufe Q1 ein Gleichspannungsausgangssignal erscheint. Dieses Ausgangssignal 5O wird der Motorsteuerung 16 zugeführt und stellt die anfängliche Kriechgeschwindigkeit dar, mit der die Elektrode E in Richtung auf das Werk-

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stück W vorbewegt wird. Der Widerstand R3 kann von Hand verstellt werden, um die Kriechgeschwindigkeit einzustellen.

Während dieser Zeitspanne wird die Lichtbogenspannungsmeßschaltung 22 durch Öffnen des Kontakts 52 eines Relais 54 gesperrt. Das Relais 54 ist normalerweise erregt; es fällt ab, wenn der Ausgang 46 des Inverters 42 offen ist, d. h. im wesentlichen unendlichen Widerstand hat. Infolgedessen wird die einzige Geschwindigkeitsinformation, die der Steuerung 16 vor der Ausbildung eines Lichtbogens zugeht, von dem Kriechgeschwindigkeits-Steuerwiderstand R3 des Spannungsteilers 48 abgeleitet.

Nachdem die am Lichtbogen anliegende Spannung auf einen ausreichend niedrigen Wert abgefallen ist, d. h. dann, wenn die Elektrode E mit dem Werkstück W in Kontakt kommt, fällt das Relais 24 ab; der Kontakt 32 öffnet. Dadurch wird die Ladeschaltung gesperrt; der Kondensator C1 beginnt, sich über den Widerstand R2 exponentiell zu entladen. Der Widerstand R2 ist so bemessen, daß er die Entladung des Kondensators C1 über eine vorbestimmte Zeitspanne verzögert, um die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit auf der ursprünglichen Kriechgeschwindigkeit zu halten. Als zweckmäßig erwies sich eine Verzögerung von bis zu 40 ms. Eine Zeitverzögerung dieser Größe ist in der Regel mehr als ausreichend, um eine sichere Ausbildung des Lichtbogens zu erlauben. Während dieser Verzögerungszeitspanne wird die Elektrode weiterhin mit der ursprünglichen Kriechgeschwindigkeit vorgeschoben, was bewirkt, daß die Elektrode entlang der Oberfläche des Werk-

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Stückes Prellbewegungen ausführt, wodurch die Einleitung eines Lichtbogens unterstützt wird. Die Verzögerung wird durch die Inverter 34 und 36 ermöglicht, bei denen ein verhältnismäßig großer Abfall des Eingangssignals erforderlich ist, um eine Inversion auszulösen. Wenn der Ausgang 26' der Ladeschaltung 25 auf einen ausreichend niedrigen Wert abgesunken ist, kehren die Inverter in den ursprünglichen entregten Zustand zurück, wobei der Ausgang 44 des Inverters 40 im wesentlichen auf Masse liegt und der Ausgang 37 des Inverters 36 offen ist. Nunmehr wird eine Schweißgeschwindigkeitssteuerung 6O entsperrt. Die Steuerung 6O besteht aus einem einstellbaren Potentiometer 62, einem Kondensator C2 und einem Widerstand R5. Dem Ausgangssignal 50 der Schweißgeschwindigkeitssteuerung 6O ist die herkömmliche Information überlagert, die von der Lichtbogenspannungsmeßschaltung 22 über den Kontakt 52 zugeführt wird, der nach erneutem Anziehen des Relais 54 in die Schließstellung zurückkehrt. Das Relais 54 zieht wieder an, wenn der Ausgang 26* auf einen hinreichend niedrigen Spannungswert abgefallen ist, um den Ausgang 35 des Inverters 34 wieder in den Zustand hoher Impedanz zurückkehren zu lassen, wodurch der Ausgang 46 des Inverters 42 in den Zustand niedriger Impedanz übergeht.

Nachdem der Lichtbogen ausgebildet ist, liefert die Lichtbogenspannungsmeßschaltung 22 ein Ausgangssignal, das dem Ausgangssignal der Schweißgeschwindigkeitssteuerung 6O überlagert wird. Die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit wird infolgedessen verhältnismäßig langsam von der Kriechgeschwindigkeit auf die endgül-

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tige Schweißgeschwindigkeit verstellt, während die Lichtbogenlänge auf den Arbeitswert zunimmt.

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Claims

Ansprüche

1.^Zündvorrichtung zum Ausbilden eines mit inertem Gas geschützten, aus einer Konstantstromquelle gespeisten Lichtbogens zwischen einer abschmelzenden Drahtelektrode und einem Werkstück, mit einer Einrichtung zum einstellbaren Vorschieben der Drahtelektrode in Richtung auf das Werkstück in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeitsregelsignal information sowie mit einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Geschwindigkeitsregelsignalinformation, gekennzeichnet durch eine ein Ausgangssignal liefernde Ladeschaltung, eine auf die Spannung zwischen Elektrode und Werkstück ansprechende Einrichtung, die die Ladeschaltung entsperrt, wenn die Spannung einen ersten vorbestimmten Wert übersteigt, und die die Ladeschaltung sperrt, wenn die Spannung einen zweiten vorbestimmten Wert unterschreitet, eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eine erste Geschwindigkeitsregelsignalinformation liefert, eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von der Sperrung der Ladeschaltung das Ausgangssignal über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg in steuerbarer Weise entlädt und eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von der Entladung des Ausgangssignals eine zweite Geschwindigkeitsregelsignalinformation liefert, wodurch die erste Geschwindigkeitsregelsignalinformation um die vorbestimmte Zeitspanne verlängert wird, um dem Lichtbogen zu gestatten, sich auszubilden.

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2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzende Drahtelektrode aus Aluminium besteht.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Entsperren der Ladeschaltung ein parallel zu der Strecke Elektrode - Werkstück liegendes spannungsempfindliches Relais aufweist und ein Kontakt dieses Relais in Reihe mit der Ladeschaltung geschaltet ist.

4. Zündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeschaltung einen Kondensator und einen ersten Widerstand aufweist.

5. Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum steuerbaren Entladen des Ausgangssignals einen zweiten Widerstand aufweist.

6. Zündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die erste Geschwindigkeitsregelsignalinformation liefernde Einrichtung einen Spannungsteiler mit einem von Hand einstellbaren Widerstand aufweist.

7. Zündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Geschwindigkeitsregelsignalinformation liefernde Einrichtung ein verstellbares Potentiometer aufweist.

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