DE2608536A1

DE2608536A1 - Verfahren und einrichtung zum elektrischen lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2608536A1
Application number: DE19762608536
Authority: DE
Inventors: Albert Woodacre
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1975-03-03
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1976-09-16
Also published as: FR2303351B1; US4057468A; DE2608537C2; DE2608537A1; FR2303351A1; GB1501759A; JPS5844236B2; JPS5218589A

Description

DR BERC DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE ^/tJ ''"¹

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte; 26 877

United Kingdom Atomic Energy Authority-London SW1Y4QP/Großbritannien

Verfahren und Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen, und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zum Lichtbogenschweißen unter Schutzgas.

Beim Lichtbogenschweißen unter Schutz- bzw. Edelgas wird ein Schweißbad in einer Schweißzone auf dem Werkstück durch die Heizwirkung geschaffen, welche durch einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Schweißelektrode in einem Halter und dem Werkstück erzeugt wird. Das Schweiß-VII/XX/ha - 2 -

• (089) 98 82 72 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Bsnken: Bayerische Vereinsbank München 453100

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bad wird gegenüber einer Verschmutzung und Verunreinigung durch die Schutzwirkung eines Edelgases, wie Helium oder Argon geschützt bzw. abgedeckt. Hierbei kann entweder Gleich- oder Wechselstrom verwendet werden, um den Schweißstrom zu schaffen, welcher weitgehend von der Art des zu schweißenden Materials abhängt.

Beim Gleichstrom-Schweißen wird im allgemeinen eine negative Schweißelektrode verwendet, da weniger Wärme in der Elektrode als in dem positiven Werkstück erzeugt wird. Wenn mit einer positiven Schweißelektrode geschweißt wird, wird mehr Wärme in der Elektrode erzeugt; es kommt jedoch zu einer sogenannten "Spül- bzw. Waschwirkung" auf der Oberfläche des Werkstücks, aufgrund deren es möglich ist, Materialien, wie Aluminium _f zu schweißen, welche sofort einen Oxydüberzug bzw. -film haben.

Beim Schweißen mit herkömmlichem Wechselstrom, welcher beispielsweise über einen Transformator aus einem Versorgungsnetz mit 50 oder 60 Hz oder durch einen mit einem Verbrennungsmotor betriebe!en Wechselstromgenerator erhalten wird, werden in einem Arbeitstakt oder einer Periode ein negativer Stromimpuls für die eine Halbperiode und ein positiver Stromimpuls für die andere Halbperiode zusammengefaßt. Folglich wird im allgemeinen Wechselstrom verwendet, um Materialien, wie Aluminium, mittels der Lichtbogenschweißung unter Schutzgas zu schweißen, da dann die Eigenschaften des Schweißens sowohl mit positiver als auch mit negativer

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Elektrode vereinigt sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen, bei welchem ein Wechselstrom aus positiven und negativen Impulsen zugeführt wird, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück zu erzeugen, mit Hilfe einer Fühleinrichtung ein Kennwert des elektrischen Lichtbogens und/oder der Lichtbogenzone gefühlt, wobei sich der Kennwert entsprechend den Schweißbedingungen bei einer Änderung des elektrischen Lichtbogens ändert und die Fühleinrichtung ein Signal beim Auftreten der Änderungen abgibt, und es werden dann die Impulsbreiten der positiven und/oder negativen Stromimpulse entsprechend dem Signal geändert, um so optimale Impulsbreiten für die geänderten Schweißbedingungen zu schaffen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen, bei welchem ein Wechselstrom aus positiven und negativen Impulsen an eine Schweißelektrode angelegt wird, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode und einem Werkstück zu erzeugen , mit Hilfe einer Fühleinrichtung ein Kennwert in dem elektrischen Lichtbogen und/oder der Lichtbogenzone unmittelbar oder mittelbar überwacht, damit ein Signal von der Fühleinrichtung beim Auftreten von Änderungen in den Schweißbedingungen erzeugt wird, und wobei sich der Kennwert entsprechend den Schweißbedingun-

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gen bei einer Änderung des elektrischen Lichtbogens ändert; das erzeugte Signal wird dann mit einem Bezugssignal in einer Vergleichseinrichtung verglichen, um dann einen Ausgangswert der Vergleichseinrichtung an einer die Impulsbreite des Wechselstroms steuernden Einrichtung entsprechend einem Unterschied zwischen den zwei Signalen anzulegen, und schließlich werden dann die Impulsbreiten der an die Schweißelektrode angelegten positiven und/oder negativen Impulse entsprechend dem Ausgang geändert, um das sich ändernde, erzeugte Signal und das Bezugssignal im wesentlichen ab- bzw. auszugleichen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist eine Einridi tung zum elektrischen Lichtbogenschweißen mit einem Wechselstrom aus positiven und negativen Impulsen folgende Einrichtungen auf: eine Energiequelle für eine Gleichstromversorgung, einen Umschalter, an welchen der Gleichstrom angelegt wird, eine Steuereinrichtung zum Steuern sowohl der Schaltstellung als auch der Verweilzeit des Umschalters, so daß während des Betriebs ein Wechselstrom aus positiven und negativen Impulsen mittels des Umschalters an eine Schweißelektrode angelegt wird, wobei die Impulsbreiten der positiven und/oder negativen Impulse des Wechselstroms mittels der Steuereinrichtung geändert werden können, eine Fühleinrichtung, um einen Kennwert des elektrischen Lichtbogens und/oder der Lichtbogenzone zwischen der Schweißelektrode und einem Werkstück unmittelbar oder mittelbar zu überwachen, um ein Signal bei Auftreten

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von Änderungen in den Schweißbedingungen zu erzeugen, wobei der Kennwert sich entsprechend den Schweißbedingungen bei einer Änderung des elektrischen Lichtbogens ändert, eine Vergleichseinrichtung.um das erzeugte Signal mit einem Bezugssignal zu vergleichen und einen Ausgang entsprechend einem Unterschied zwischen den zwei Signalen an der Steuereinrichtung zu schaffen, wobei die Steuereinrichtung so ausgelegt ist, daß sie während des Betriebs entsprechend dem Ausgang die Verweilzeit des Umschalters und dadurch die Impulsbreite der positiven und/oder negativen Impulse ändert, um dadurch das sich ändernde erzeugte Signal und das Bezugssignal im wesentlichen ab- bzw. auszugleichen.

Hierbei kann die Fühleinrichtung den elektrischen Lichtbogen beispielsweise dadurch unmittelbar überwachen, daß die Ton- bzw. Niederfrequenz des elektrischen Lichtbogens zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück oder die thermische Emission bzw. die Wärmeabstrahlung hinter der Scheißstelle überwacht wird, oder sie kann den elektrischen Lichtbogen mittelbar überwachen, indem entweder der Strom, welcher dem elektrischen Lichtbogen über Stromversorgungsleitungen zugeführt wird, an der Schweißelektrode oder dem Werkstück, oder phasenverschobene bzw. "außer Phase" liegende Impulse in den Stromversorgungsleitungen überwacht werden.

Vorzugsweise sind das Verfahren und die Einrichtung daher so ausgelegt, daß die Polarität und die Breite des zuzufüh-

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renden Anfangsimpulses, um den elektrischen Lichtbogen zu Beginn des Schweißbetriebs zu erzeugen, unabhängig von den nachfolgenden Impulsen gewählt werden können, welche dieselbe Polarität haben. Vorteilhafterweise hat der Wechselstrom bei jeder der vorbeschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung Rechteckform, und die Gleichstromversorgung ist erdfrei ausgelegt.

Einrichtungen, um die (Strom-)Amplitude der positiven und negativen Impulse unabhängig voneinander zu ändern, können in jeder der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein. Selbstverständlich können auch herkömmliche Zündfunken-Auslöseeinrichtungen und Spannungsstoßinjektoren verwendet werden, um die Lichtbogenauslösung und die Aufrechterhaltung des Lichtbogens während des Übergangs von negativen auf positive Impulse zu unterstützen.

Auch ist die Erfindung besonders vorteilhaft bei einer Lichtbogenschweißung unter einem Schutzgas, wobei eine sich nicht verbrauchende Wolframschweißelektrode verwendet wird; in diesem Zusammenhang wird dann nachstehend von Wolfram-Inertgas- bzw. WIG-Schweißen gesprochen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführung sformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

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Fig.l ein Blockschaltbild einer WIG-Schweiß-

einrichtung gemäß der Erfindung, wobei ein Werkstück, eine Schweißelektrode und ein sogenannter Manipulator vorgesehen sind;

Fig.2a bis c schematisch die Arbeitsweise eines Um-

polschalters in der in Fig.1 beschriebenen Einrichtung; und

Fig.3a bis g Beispiele von Wellenformen des Stroms,

welcher der anhand von Fig.l beschriebenen Einrichtung zugeführt wird.

In Fig.l wird zuerst die Einrichtung beschrieben, um den Schweißstrom zu erzeugen» ein Gerät zum Wolfram-Inertgasschweißen bzw. ein WIG-Schweißgerät weist folgende Einrichtungen auf: eine Energiequelle 1 mit einer Erdverbindung, die beim Zuführen eines Gleichstroms, welcher erdfrei ist, entfernt wird, einen Um- bzw. Umpolschalter 2 in Form eines Festkörperinverters, welchem der Gleichstrom zugeführt wird, und eine Steuereinrichtung 3 zum Steuern der Schaltstellung sowie der Verweilzeit für jede Stellung des Umpolschalters 2.

Ein Eingangsanschluß des Umpolschalters 2 ist über eine Stromstoß-Sperrdrossel k und einen Zündfunkenstarter bzw. eine -auslöseeinrichtung 5 mit einer WIG-Schweißelektrode

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in Reihe geschaltet, während der andere Ausgangsanschluß über die Stromstoß-Sperrdrossel 5 mit einem Werkstück 7 verbunden ist. Ein Strom- bzw. Spannungsstoßinjektor 8 ist parallel zu dem Ausgang des Umpolschalters 2 geschaltet, dessen zeitliche Einstellung durch die Steuereinrichtung 3 gesteuert wir d.

Ein Poläritätszeitschalter 9 ist vorgesehen, um einen Eingang von einer einen Anfangsimpuls auswählenden bzw. ansteuernden Einrichtung 10 zu erhalten und um als Ausgang an der Steuereinrichtung 3 ^ein Signal zu schaffen, welches die Anfangsschaltstellung und die Verweilzeit des Umpolschalters 2 bestimmt, welche mittels der Steuereinrichtung 3 unabhängig von den Verweilzeiten bzw. der Dauer der nachfolgenden, mittels des Umpolschalters 2 gelieferten Impulse gewählt ist. Das Signal von der Impulswahl- bzw. -ansteuereinrichtung 10 kann geändert werden, um eine Änderung der Verweilzeit und der Polarität des mittels des Umpolschalters 2 geschaffenen Anfangsimpulses zu ermöglichen. Eine Amplitudensteuereinrichtung 11 ist mit der Energiequelle 1 und mit dem Polaritätszeitschalter 9 verbunden und schafft eine unabhängige Amplitudensteuerung sowohl der positiven als auch der negativen Impulse. Die Schweißelektrode 6 ist in einem Elektrodenhalter 12 gehaltert.

Während des Betriebs wird der von der Energiequelle zugeführte Strom "zerhackt" und wiederholt mittels des Umpolschalters 2 umgekehrt, um einen Wechselstrom mit einer

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Rechteckwellenform zu schaffen. Die Schweißelektrode 6 und das Werkstück 7 erhalten einen Wechselstrom in Form von Rechteckimpulsen, welche die Besonderheit aufweisen, daß die Impulsbreiten sowohl der positiven als auch der negativen Impulse des Wechselstroms unabhängig voneinander mittels der Steuereinrichtung verändert werden können, wobei die Verweil- bzw. Schaltzeit des Umpolschalters 2 gesteuert wird. Die Amplitude dieses Stroms kann dann durch die Amplitudensteuereinrichtung 11 geändert werden.

Am Anfang eines Schweißbetriebs kann die Ausgangsstellung des Umpolschalters 2 und die Verweilzeit in dieser Stellung durch die Anfangsimpuls-Wähleinrichtung 10 gewählt werden. Die Zündfunkenauslöseeinrichtung k ist synchronisiert und gibt einen Stromimpuls ab, um dadurch die Ionisation im Spalt zwischen der Schweißelektrode 6 und dem Werkstück 7 zu erleichtern, so daß ein Strom zurAusbildung eines elektrischen Lichtbogens fließen kann. Sobald der Lichtbogen ausgebildet worden ist, zündet der Strom- bzw. Spannungsstoß-Injektor einen Energieimpuls bei jedem Übergang von negativen zu positiven Impulsen, um einen elektrischen Lichtbogen aufrechtzuerhalten und mögliche Schwierigkeiten bei der erneuten Ausbildung des Lichtbogens auszuschalten, wenn der Wechselstrom einen Nullpunkt bzw. die Null-Linie durchläuft.

Die Arbeitsweise des UmpoIschalters 2 ist schematisch in Fig»2a bis 2c dargestellt; hierbei zeigt Fig.2a den Umpol-

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schalter 2 in einer ersten Stellung, in welcher die Schweißelektrode 6 positiv und das Werkstück 7 negativ und die Wellenformen so wie dargestellt,sind. Fig.2b zeigt den Umpolschalter 2 in seiner anderen Schaltstellung, in welcher die Schweißelektrode 6 dann negativ und das Werkstück 7 positiv ist und die Wellenform ebenfalls wieder dargestellt ist. In Fig.2c ist die Schaltwirkung des Umpolschalters 2 zwischen der ersten Schalt stellung und der anderen Schaltstellung dargestellt, wobei dann die Schweißelektrode 6 und das Werkstück 7 einen rechteckförmigen Wechselstrom erhalten und die Wellenform von der Verweilzeit des Umpolschalters 2 in den jeweiligen Schaltstellungen abhängt. Die in Fig.2c dargestellte Wellenform ist symmetrisch, wodurch eine gleichmäßige Folgefrequenz des Umpolschalters 2 beim Schalten zwischen den zwei Stellungen angezeigt ist.

InFig.3abis 3g sind die verschiedenen Wellenformen wiedergegeben. Hierbei zeigt Fig.Ja die Wellenform des erdfreien Gleichstromausgangs der Energiequelle 1, während in den Fig.3b bis 3s Wellenformen des mittels des Umpolschalters 2 geschaffenen Rechteckwechselstroms dargestellt sind. In Fig.3b sind nach einem negativen Anfangsimpuls Ti die Impulsbreiten Tl und T2 gleich groß. Fig.3c unterscheidet sich von Fig.3b dadurch, daß der Impuls Tl größer als der Impuls T2 ist. In Fig.3d ist der Impuls Tl kleiner als der Impuls T2. In Fig.3e ist der Anfangsimpuls Ti positiv, und der Impuls Tl ist kürzer als der Impuls T2; die Impulse haben jedoch die entgegengesetzte Polarität als die in

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Fig.3b und 3^C dargestellten Impulse.

In Fig.3f ist der Einfluß wiedergegeben, den die Impulsamplituden-Steuereinrichtung 11 auf die Impulshöhe haben kann, und zwar ist die Iüipulshöhe Hl größer als die Impulshöhe H2, die Impulshöhe H3 größer als die Impulshöhe Hl und die Impulshöhe H2 größer als die Impulshöhe H^.

Die Wirkung, welche das Ändern der Impulsbreite, der Polarität, der Impulsdauer und der Polarität des Anf angsimpulses einschließlich der mittels der Impulsamplituden-Steuereinrichtung bewirkten Impulshöhenveränderungen hat, kann ohne weiteres aus diesen Figuren ersehen werden. In Fig.3g ist die Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom infolge des Schaltvorgangs dargestellt.

Nunmehr wird der Vorteil und Nutzen aus der mit Hilfe der Fühleinrichtung geschaffenen Rückkopplungssteuerung beschrieben, wodurch die vorbeschriebene Einrichtung eine sich selbst anpassende Einrichtung wird, um dadurch sicherzustellen, daß optimale Impulsbreiten soweit wie möglich erhalten werden, um Änderungen in den Schweißbedingungen zu folgen. In Fig.1 erzeugt eine Fühleinrichtung in Form eines piezoelektrischen Wandlers 90 ein Signal, das sich auf einen Kennwert des elektrischen Lichtbogens und/oder der Lichtbogenzone in Form der Ton- oder Niederfrequenz des Lichtbogens bezieht. Es kann jedoch auch ein kapazitiver Wandler 96, ein die Impulse fühlender Wandler 97 oder

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ein nicht dargestellter Infrarotdetektor verwendet werden, um einen Kennwert des elektrischen Lichtbogens zu überwachen, indem der Schweißstrom in den Stromversorgungsleitungen an der Schweißelektrode, die Phasenverschiebung in den Leitungen oder die Wärmeabstrahlung hinter bzw. auf der Rückseite der Schweißstelle überwacht wird. Das Signal wird mittels eines Verstärkers 91 verstärkt, mittels eines Filters 92 gefiltert, um das Eigen- bzw. Grundrauschen zu entfernen und wird einer differentiellen Vergleichseinrichtung 93 zugeführt, welche einen Vergleich mit einem Bezugssignal durchführt, welches unter optimalen Schweißbedingungen in dem elektrischen Lichtbogen erhalten worden ist und diese darstellt. Die differentielle Vergleichseinrichtung ist zum Vergleich des erhaltenen Signals mit dem Bezugssignal vorgesehen, um einen Ausgang an dem Polaritätszeitschalter 9 zu schaffen, welcher sich auf den Unterschied zwischen den zwei Signalen bezieht, wobei dann mittels des Polaritäts-Zeitschalters die Impulsbreiten der negativen und/oder positiven Impulse geändert werden, um das sich ändernde, erzeugte Signal und das Bezugssignal im wesentlichen abzugleichen bzw. in Übereinstimmung zu brxngen, um dadurch optimale Impulsbreiten bei geänderten Schweißbedingungen zu schaffen.

Das Signal von einer Fühleinrichtung kann in entsprechender Weise verwendet werden, um einen Ausgang von dem Zeitgeber zu schaffen, um dadurch die Amplitude des dem elektrischen Lichtbogen zugeführten Stroms zu steuern.

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Gemäß der Erfindung kann somit das optimale Verhältnis der mittels der positiven Impulse geschaffenen, sogenannten "Spül- oder Waschwirkung" ("scouring action") bezüglich des mittels der negativen Impulse geschaffenen Hauptschweißstroms gewählt werden, damit es verschiedenen Materialien und Schweißeinstellbedingungen entspricht, wie beispielsweise dem Oberflächenzustand, dem Spalt zwischen den zu schweißenden Werkstücken und der Oberflächenverschmutzung bzw. -verunreinigung, und das Verhältnis wird automatisch geändert, wenn sich die Schweißbedingungen ändern. Beispielsweise könnte das Verhältnis so ausgelegt sein, daß die Breite des positiven Impulses nur ein geringer Prozentsatz der Breite des negativen Impulses ist und dieses Verhältnis könnte dann bei sich ändernden Schweißbedingungen verändert werden. Selbstverständlich kann, wenn der voerwähnte herkömmliche Wechselstrom zum Schweißen verwendet wird, wobei dann die positiven und die negativen Impulse in jeder Halbperiode gleich lang dauern, nicht die Anpassungsfähigkeit der Erfindung geschaffen bzw. erreicht werden, aufgrund derer die Impulsbreite oder die Dauer der positiven und/oder negativen Impulse aufgrund einer Selbstanpassung geändert werden können.

Obwohl die Erfindung bezüglich der Erzeugung eines Rechteckwellenstroms beschrieben worden ist, können auch andere Wellenformen, wie beispielsweise "sägezahnförmige" Impulse mit veränderlicher Impulsbreite in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei anderen Ausfüh-

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rungsformen einer Einrichtung verwendet werden; eine derartige Einrichtung kann beispielswei se einen anderen Inverter als den Umpolschalter 2 mit entsprechenden Zeitsteuer- und
Schaltanordnungen verwenden. Auch kann eine andere Fühleinrichtung und eine Verknüpfung von verschiedenen Fühleinrichtungen verwendet werden, von denen jeweils eine einen anderen Kennwert des elektrischen Lichtbogens überwacht und ein Signal abgibt, das dann zum Steuern eines anderen Parameters des elektrischen Lichtbogens verwendet wird.

Bei Verwendung des die Impulse fühlenden Wandlers 97 hat
sich ergeben, daß thermische Änderungen, welche von Fehlern bzw. Fehlerstellen in dem Material des Werkstücks 7 herrühren können, zu phasenverschobenen Impulsen in der stromführenden Leitung an dem Schweißelektrodenhaltsr 12 führen können. Wenn der die Impulse fühlende Wandler 97 verwendet
wird, welcher einen nicht dargestellten Diskriminator und
ein Filter aufweist, um diese phasenverschobenen Impulse zu fühlen, kann ein Rückkopplung«signal erhalten werden,und wie vorstehend beschrieben, mittels einer differentiellen Vergleichseinrichtung ausgenutzt werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für einen Einbau in
einen rechnergesteuerten Schweißautomaten; in einem derartigen Schweißautomaten könnte dann'beispielsweise der Betrieb des Polaritätszeitschalters 9, der Steuereinrichtung 3» der Energiequelle 1 und der Steuereinrichtung 11 mittels des
Rechners gesteuert werden und die Wandler 90, 96 bzw. 97

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könnten dazu verwendet werden, diese Steuerung entsprechend einzustellen, um sie dadurch den Schweißbedingungen anzupassen; natürlich könnte sie auch mit der Steuerung von anderen Schweißparametern, wie beispielsweise der Schweißgeschwindigkeit oder der Schutzgaszufuhr kombiniert werden. Ein Ausführungsbeispiel für einen Schweißautomaten ist in einem Artikel von D. White, A. Woodacre und A.F. Taylor in ATOM Nr.195 auf den Seiten 20 bis 3^ beschrieben, welcher von der United Kingdom Atomic Energy Authority, London 1973 veröffentlicht worden ist. Die Erfindung kann auch beim Schweißen von nuklearen oder Kernbausteinen angewendet werden; einige Gesichtspunkte beim Schweißen von nuklearen Materialien wurden in einem Vortrag von Dr. Comfort A. Adams angeführt, welcher von Dr. R.W. Nicholas an dem American Welding Institute 1975 einschließlich der Arbeit der Smith and Boughton CEGB Machwood Laboratorien, England vorgelegt wurde; für eine weitere ins einzelne gehendere Information wird auf die Abschrift dieses Vortrags verwiesen.

Selbst wenn ein Bezugssignal aus optimalen Schweißbedingungen erhalten wird, können Veränderungen in den Schweißbedingungen, wie den Maßtoleranzen, der Materialzusammensetzung und einer Materialverschmutzung entsprechend eingebracht werden, was bei der Impulsbreite des verwendeten Stroms zu unbefriedigenden Schweißungen führt; das von der Fühleinrichtung erhaltene Signal wird aufgezeichnet und in der differentiellen Vergleichseinrichtung oder dem Rechner als ein Speicher- und Leitwert für die Korrektur verwendet, die bei den Impulsbrei-

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" ^l6 " 2 6 L) 8 5 3 6

ten des Stroms erforderlich ist, um wieder einen entsprechenden Lichtbogen auszubilden, um dadurch eine den Erwartungen entsprechende Schweißstelle zu schaffen.

Die Erfindung weist auch ein Verfahren zum Steuern eines Lichtbogens beispielsweise zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück auf; bei diesem Verfahren werden mit Hilfe einer Fühleinrichtung an einem Leiter, welcher Strom zu dem elektrischen Lichtbogen führt, phasenverschobene Impulse überwacht, welche aufgrund von Änderungen in dem elektrischen Lichtbogen erzeugt worden sind, um dann entsprechend den Impulsen ein Signal an der Kühleinrichtung zu schaffen*, das erzeugte Signal wird dann mit einem Bezugssignal in einer Vergleichseinrichtung verglichen, um aus dem Unterschied zwischen den Signalen ein Ausgangssignal zu schaffen, und es wird entsprechend diesem Ausgang ein Stromparameter geändert, um so das Entstehen der phasanverschobenen Impulse wesentlich zu verringern.

Auch ist die Erfindung nur im Bezug auf eine WIG-Schweißung beschrieben worden, sie kann jedoch auch bei anderen Schweißverfähren angewendet werden, wie beispielsweise beim Schweißen von Metall unter einem Schutzgas mit einer Abschmelz-Elektrode, dem sogenannten MIG-Schweißen.

Patentansprüche

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Claims

26U8536 Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen, bei welchem ein Wechselstrom aus positiven und negativen Impulsen zugeführt wird, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Fühleinrichtung (90, 96, 97) ein Kennwert des elektrischen Lichtbogens und/oder der Lichtbogenzone gefühlt wird, wobei sich der Kennwert entsprechend den Schweißbedingungen bei einer Änderung des elektrischen Lichbogens ändert und die Fühleinrichtung (90» 9&, 97) ein Signal bei Auftreten der Änderungen abgibt, und daß dann die Impulsbreiten der positiven und/oder negativen Stromimpulse entsprechend den Signalen geändert werden, um optimale Impulsbreiten für die geänderten Schweißbedingungen zu schaffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennwert aus der folgenden Gruppe von Kennwerten ausgewählt wird, nämlich der Ton- oder Niederfrequenz des elektrischen Lichtbogens, der Wärmeabstrahlung hinter bzw. auf der Rückseite der Schweißstelle, den Veränderungen in dem der Schweißelektrode (6) oder dem Werkstück (7) zugeführten Strom bezüglich der Veränderungen in dem elektrischen Lichtbogen, oder den phasenverschobenen Impulsen in der Leitung_yüber welche der Schweißelektrode (6)

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oder dem Werkstück (7) Strom zugeführt wird, wobei die Impulse aufgrund von Änderungen in dem elektrischen Lichtbogen erhalten werden.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Signal von der Fühleinrichtung
(90, 96, 97) mit einem Bezugssignal verglichen wird, das optimale Schweißbedingungen in dem elektrischen Lichtbogen wiedergibt, und daß die Impulsbreiten der positiven und/oder negativen Impulse verändert werden, bis die zwei Signale im wesentlichen ausgeglichen sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität und die Breite
des Anfangsimpulses des zu Beginn des Schweißbetriebs zugeführten Wechselstroms gewählt werden können, und daß die Impulsbreite unabhängig von der Breite der nachfolgenden Impulse ist, welche dieselbe Polarität aufweisen.

5- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom durch ein
"Zerhacken" eines erdfreien Gleichstroms erzeugt wird, um
so an der Schweißelektrode (6) einen Wechselstrom in Form
von Rechteckimpulsen zu erzeugen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der positiven
und/oder negativen Strosiimpulee, welche der Schweißelektrode

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(6) oder dem Werkstück (7) zugeführt werden, entsprechend dem Signal verändert werden.

7· Verfahren zum Steuern eines Lichtbogens, beispielsweise zwischen einer Schweißelektrode und einem Werkstück, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Fühleinrichtung (97) eine Leitung zwischen der elektrischen Stromversorgung und dem elektrischen Lichtbogen im Hinblick auf phasenverschobene Impulse überwacht wird, die aufgrund einer Instabilität in dem elektrischen Lichtbogen entstanden sind, um entsprechend diesen Impulsen ein Signal an der Fühleinrichtung (97) zu erzeugen, und daß ein Parameter des Stroms geändert wird, um so die Bildung der phasenverschobenen Impulse zu vermindern und dadurch im wesentlichen die Stabilität des elektrischen Lichtbogens wieder herzustellen.

8. Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen mit einem Wechselstrom aus positiven und negativen Impulsen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Energiequelle (l) für einen erdfreien Gleichstrom, durch einen Umpolschalter (2), welchem der Gleichstrom zugeführt wird, durch eine Steuereinrichtung (3) zum Steuern sowohl der Schalteteilung als auch der Verweilzeit des Umpolschalters (2), so daß während des Betriebs ein Wechselstrom aus positiven und negativen Impulsen mittels des Umpolschalters (2) an eine Schweißelektrode (6) angelegt wird, wobei die Impulsbreite der positiven

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und/oder negativen Impulse durch die Steuereinrichtung (3) geändert werden können, durch eine Fühleinrichtung (90, 96, 97)» um unmittelbar oder mittelbar einen Kennwert des elektrischen Lichtbogens und/oder der Lichtbogenzone zwischen der Schweißelektrode (6) und einem Werkstück (7) zu überwachen, um bei Auftreten von Änderungen in den Schweißbedingungen ein Signal zu erzeugen, wobei sich der Kennwert entsprechend den Schweißbedingungen bei einer Änderung des elektrischen Lichtbogens ändert, durch eine Vergleichseinrichtung (93) zum Vergleichen des erhaltenen Signals mit einem Bezugssignal und um einen Ausgang an die Steuereinrichtung bei einem Unterschied zwischen den zwei Signalen abzugeben, wobei die Steuereinrichtung so ausgelegt ist, daß sie während des Betriebs entsprechend dem Ausgang die Verweilzeit des Umpolschalters (2) und dadurch die Impulsbreite der positiven und/oder negativen Impulse ändert, um das sich ändernde erhaltene Signal und das Bezugssignal im wesentlichen abzugleichen.

9· Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Fühleinrichtung (90, 96, 97)1 welche aus folgenden Fühleinrichtungen ausgewählt ist, einem piezoelektrischen Wandler (90), um die Ton- oder Niederfrequenz des elektrischen Lichtbogens zu überwachen, einem Infrarotdetektor, um die Wärmeabstrahlung auf der Rückseite bzw. hinter der Schweißstelle zu überwachen, einem kapazitiven Wandler (96), um den Schweißstrom im Hinblick auf dessen Änderungen zu überwachen, einem die Impulse fühlenden Wandler (97). um die

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Leitung, welche Strom für die Schweißelektrode (6) oder das Werkstück (7) leitet, im Hinblick auf phasenverschobene Impulse zu überwachen, welche bei Änderungen in dem elektrischen Lichtbogen erhalten werden.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9i g β kennzeichnet durch eine Einrichtung (10), um die Polarität und die Impulsbreite des ersten Stromimpulses .zu fühlen, welcher der Schweißelektrode (6) oder dem Werkstück (7) zugeführt wird, wobei die Breite des Anfangsimpulses*von der Breite der nachfolgenden Impulse abhängt, welche dieselbe Polarität haben. *nicht

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine die Stromamplitude steuernde Einrichtung, welche die Amplitude des von der Energiequelle (1) zugeführten Gleichstrom steuert und mit der Steuereinrichtung (3) zusammenarbeitet, wodurch während des Betriebs die Amplitude der positiven und/oder negativen Impulse des dem Umpolschalter (2) zugeführten Wechselstroms entsprechend einem mittels einer Fühleinrichtung (90, 96, 97) geschaffenen Signals geändert werden kann.

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