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Steuerung des Zünd- und Abschaltvorganges beim
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Lichtbogenschweißen Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des Zünd- und Abschaltvorgengen ~ein
Ijichtbogenschweißen mit abschmelzenden Elektroden, vorzugsweise zum Schutzgasschweißen,
insbesondere zur Verbesserung des Zündvorganges des Lichtbogens zu Beginn des Schweißprozesses.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bereits bekannt,
daß die Zündung des Scbv;eißlichtbogens beim Schweißen mit ab schmelzenden Elektroden
hauptsächlich durch Annzherung des Elektrodenendes an das Werkstück im Sinne einer
#ontaktzündung erfolgt. Dabei kann sich fast obi.e Zeitverzug ein Lichtbogen ausbilden
und ein stetiger Übergang zu eirem stabilen Schweißlichtbogen mit #uasistatischen
Schteißparametern erfolgen. Dieser Ablauf wird als "Sofortttindung" bereichnet.
Im Gegensatz
dazu tritt in der Praxis häufig eine Störung dieses
Ablaufes des Zündvorganges auf, und zwar so, daß nach dem Erstlichtbogen mit der
Kontaktzündung kein stabiler Uber$ang zu einem stabilen Schweißlichtbogen erfolgt,
sondern es entsteht eino Unterbrechung dieses Ablaufes. Diese Störung kann bei der
praktischen Anwendung verschiedene Ursachen haben. Einflußfaktoren liegen durch
die Schweißstromquelle, den Vorschubmechanismus mit Steuerung für die abschmelzende
Elektrode und die Ausbildung der Sontaktstelle Elektrode/Werkstück vor. Man spricht
von einer Zündverzugszeit, die bis zu 3 s betragen kann, bis ein stabiler Schweißprozeß
entstanden ist. Dabei wird die Kontaktzündung mehrmals wiederholt, wobei im Verlauf
der Störungsphase ein Abreißen des Lichtbogens oder ein Durchschmelzen des freistehenden
Drahtendes erfolgt. Letzteres wird auch als "Schmelzsicherungsstart" bezeichnet.
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Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, Schaltungen zur Verbesserung
des Ziindvorganges zu schaffen. So wird in der DT-AS 1 160 567 sowie in der DT-OS
1 565 157 und der SU-Urheberschrift 145 954 vorgeschlagen, die zur Verbesserung
der Schweißeigenschaften im Schweißkreis angeordneten Schweißstromdrosseln während
des Zündvorganges mit Schaltmitteln zu überbrücken. Hierdurch wird die Stromanstiegsgeschwindigkeit
im Schweißstroskreis während der Zündphase wesentlich erhöht.
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Weiterhin ist nach der DT-OS 1 565 836 bekannt, die Leerlaufspannung
während des Zimdvorganues immer auf den höchsten Wert der Schweißstromquelle einzustellen,
damit in allen Schweißbereichen eine ausreichende Zündspannung zur Verfügung steht.
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Dieses Prinzip wird auch in der DT-RP 394 598 für Schweißgeneratoren
verwendet.
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Weiterhin sind nach einem Autorenkollektiv: 'VELI Handbuch Lichtbogenschweißen"
verbesserte Schaltungen des Elektrodenvorschubs bekannt, bei denen durch ein Zurückziehen
der abschmelzenden Elektrode nach der ersten Lichtbo#enausbildun£; eine Verbesserung
des Zündprozesses erreicht wird.
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Es wird auch in der Praxis bereits mit einer sogenannten "Einschleichsteuerung"
gearbeitet, die eine Steuerung der Geschwindigkeit des Elektrodenvorschubs darstellt,
wobei ini Moment der Kontaktzündung die Vorschubgeschwindigkeit beim Zünden kleiner
ist als bei Schweißen.
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Durch Untersuchungen der Störgrößen auf den Zündprozeß wurde festgestellt,
daß insbesondere beim C02-Schweißen mit Drahtvors c hubgeschwind i gkeiten c 4,0
m/tnin beim Abschalten des Antriebmotors ein Nachlauf des Drahtes auftritt. In der
DL-PS 113 466 wurde bereits eine "Treibrennschaltung" vorgeschlagen, die eine verzögerte
Abschaltung der Schweißstromquelle in Abhängigkeit von der Auslaufdrehzahl des Antriebsmotors
bewirkt. Beim Abreißen des Lichtbogens nach dem Beenden des Schweißvorganges entsteht
aber trotzden noch eine Schmelzperle, bedingt durch den nachlautenden Schweißdraht.
Das Verhältnis des Kugeldurchmessers zum Drahtdurchmesser kann dabei bis zu 2,8
betragen.
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Es hat sich gezeigt, daß diese Material anhäufung an dem Schweißdraht
zu den häufigen Zündfeblern führt.
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Eine uit einer Zange abgekniffene Schweißdrahtspitze zündet besser.
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Den beschriebenen und bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Verbesserung
des Zündprozesses haftet dez gemeinsame nachteil an, daß sie zwar die Zündsicherheit
verbessern, jedoch noch nicht in dem gewünschten aß und somit nicht wirkungsvoll
genug.
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Im allgemeinen wird trotz Anwendung einer oder von zwei der genannten
Maßnahmen keine Ziindsicherheit die größer als 50 % ist, erreicht, d.h. es muß damit
gerechnet werden, daß immer noch ein "Schmelzsicherungsstart oder ein Abreißen des
Lichtbogens zu Beginn des Schweißprozesses erfolgt.
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Insbesondere fiz teilautomatische und automatische Liciitbogenschweißeinrichtungen
stellt der nicht sicher gesteuerte Zündprozeß eine sehr bedeutsame Fehlerquelle
dar. Dies gilt besonders, wenn die Zündstelle im beanspruchten Teil der Schweißnaht
liegt, wie es z.3. beim Schweißen von Behälterrundnähten vorliegt.
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Auch beim C02-Punktschweißen und beim Schweißen von kurzen Nähten
ist ein sicherer Zündprozeß von großer Bedeutung für die Festigkeit dieser Schweißverbindung,
da die tatsächliche Lichtbogentrenndauer (Schweißzeit) in diesen Fällen größeren
Streuungen unterliegt.
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Ziel der Erfindung Durch die Erfindung ist ein Verfahren und eine
Einrichtung zu schaffen, die ein Abreißen des Lichtbogens oder einen Schmelzsicherungsstart
verhindern und damit ein besseres Zünden des Lichtbogens ermoglichen, so daß der
Fehleranteil am Nahtanfang reduziert wird.
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Das Wesen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und Einrichtung zu entwickeln, welche den Zünd- und Abschaltvorgang
beim Lichtbogenschweißen mit abschmelzenden Elektroden so steuern, daß unter Vermeidung
einer Material anhäufung am Scbweißdrahtende eine erhöhte Zündsicberbeit erreicht
wird, derart,
daf ein Zündvorgang mit mindestens 90 ungestörten
Sofortzündungen, bezogen auf 100 ausgeführte Zündungen, gewahrleistet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, bei der
eine Verminderung der Drahtvorschubgeschwindigkeit im Alonent der Zündung erfolgt,
indem eine verminderte Slotordrehzahl eicaeschaltet wird, die nach dem Zünden auf
die für das Schweißen erforderlichen Werte erhöht wird, und/oder eine Erhöhung der
Stromanstiegsdeschwindigkeit des Stromes im ScL-veißkreis während der Zündphase
erfolgt durch eine Uberbrückung der im Schweißkreis eingeschalteten Induktivitäten,
und/oder eine Erhöhung der Leerlaufspannung im Moment dei Zündung vorgenommen wird,
vorzugsweise durch das Einschalten einer Hilfszündstromquelle mit einer Leerlaufspannung
größer als 60 V, wobei erfindungsgemäß eine Verminderung der Materialanhäufung am
Scbweißdrahtende durch Steuerung des Abschaltvorganges vorgenommen wird, derart,
daß mit dem Abschalten des Vorschubes der abschmelzenden Elektrode die Arbeitskennlinie
U2 (12) der Schweiß-Stromversorgung auf eine solche Arbeitskennlinie U2' (12) umgeschaltet
wird, die eine Leerlaufspannung von vorzugsweise kleiner als 25 V besitzt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Hauptschweißstromquelle
gleichzeitig mit dem Vorschub der abschmelzenden Elektroden abgeschaltet und eine
Hilfsschweißstromquelle mit einer Arbeitskennlinie U2' (12), welche eine Leerlaufspannung
von vorzugsweise kleiner als 25 V besitzt, während des Abschaltvorganges eingeschaltet.
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Nach einer besonderen Ausführungsform wird eine Verminderung der Materialanhäufung
am Schweißdrahtende durch Steuerung des Abschaltvorganges in der Weist vorgenommen,
daß ein oder mehrere negative oder positive Stromimpulse auf den Lichtbogen geschaltet
werden,
wobei der Scheitelwert der Stromimpulse größer ist als der Mittelwert des Schweißstromes.
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Zur Steuerung des Zünd- und Abschaltvoranges beim Lichtbowenschweißer
mit abschmelzenden Elektroden ist eine Einrichtung voresehen, bei der ein oder mehrere
Schaltmittel angeordnet sind, die zusa-men mit dem Schaltmittel für den Elektroden-Vorschub
betätigt werden und zur Umschaltung der Strom- und SpannunzsrJerte der Scbweißstromquelle
während des Auslaufvorganges des Elektroden-Vorschubnotors auf eine Arbeitskennlinie
dienen, deren Leerlaufspannung kleiner als 25 V ist.
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Kennzeichnend für die Einrichtung ist ferner, daß eine iiauptstromquelle
und eine Hilfsschweißstromquelle angeordnet sind, wobei die Hauptstromquelle gleichzeitig
mit dem Elektrodenvorschubmotor zur Beendigung des Scj#we ißvorganges abgeschaltet
wird und während des Auslaufvorganges des Elektroden-Vorschubmotors eine Hilfsscbweißstromquelle
eingeschaltet ist, die eine Leerlaufspannung von vorzu6'sweise kleiner als 25 V
ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Einrichtung mit eirer
Schalteinrichtung versehen, die die Hauptschweißstromquelle gleichzeitig mit dem
Elektroden-Vorschubmotor abschaltet und während des Auslaufvorganges des Elektroden-Vorschubmotors
ein Thyristor vorgesehen ist, der durch die Entladung einer Kondensatorenbatterie
ein oder mehrere positive oder negative Stromimpulse auf den Lichtbogen schaltet,
wobei der Scheitelwert der Stromimpulse größer ist als der Mittelwert des Schweißstromes
während des Schweißprozesses.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfübrungs
beispiel
näher erläutert werden. In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens schematisch dergestellt.
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ach der Zeichnung wird dem Lichtbogen 1 die abschmelzende Elektrode2
durch den Elektroden-Vorschubmotor 3 zugeführt. Die zum Schweißen erforderlichen
Strom- und Spannungswerte liefert die HauFtschweißstromquelle 12. In diese Grundausstattung
des Scutzasscheißprozesses sind Bauelemente eingeführt, die zur Verbesserung des
Zündprozesses dienen, wobei die Geschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode 2 im
Rioment der Zündung durch das Einstellen einer verminderter Drehzahl des Elektroden-Vorschubmotors
3 über den Antrlebsstel'er 4 mittels des Einstellwiderstandes 6 erfolgt. Die Vorschubgeschwindigkeit
wird nach dem Zünden dcs Lichtbogens 1 durch Einschalten des Einsteliwiderstandes
5 auf die zum Schweißen erforderlichen Werte erhöht und die in dem Schweißstromkreis
ar.eordnete Induktivität 16 während der Zündphase durch den Schalter 17 überbrückt.
Während der Zündphase wird mittels des Schalters 15 die Hiifszündstromquelle 14
eingeschaltet. Nach Abschalten des Elektroden-Vorschubmotors 3 wird gleichzeitig
die Hauptschweißstromquelle 12 abgeschaltet und eine Hilfsschweißstromquelle 13
während des Abschaltvorganges des Lichtbogens 1 eingeschaltet. Nach Beendigung des
Blemsvorganges des Elektroden-Vorschubmotors 3 wird die Hilfsschweißstromquelle
13 über das Freibrennrelais 8 und dessen Kontakt 9 mittels dem Schaltschütz 11 aboeschaltet.