DE2834774A1

DE2834774A1 - Verfahren und vorrichtung zum impulsschweissen mit intermittierendem drahtvorschub

Info

Publication number: DE2834774A1
Application number: DE19782834774
Authority: DE
Inventors: Gerassimos Dracopoulos; Walter Kunz
Original assignee: Schweissindustrie Oerlikon Buehrle AG
Current assignee: Welding Industries Oerlikon AG
Priority date: 1977-08-18
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1979-03-01
Also published as: FR2400408A1; ATA541078A; AU520660B2; FR2400408B1; NO782792L; GB2002667A; BE869633A; ZA784521B; PT68401A; AU3878578A; ES472519A1; AT369684B; DK363678A; GB2002667B; SE7808262L; IT7826678A0; FI782505A; IT1110499B; NL7808483A; IN149947B

Description

Schweissindustrie Oerlikon Bührle AG, Zürich

(Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zum Impulsschweissen mit intermittierendem Drahtvorschub

Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft ein MIG-Schweissverfahren zum Schweissen mittels Impulslichtbogen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekannt ist das schon fast klassische MIG-Tmpulslichtbogenschweissen, bei welchem die relativ niedrige, dem Lichtbogen zugeführte Grundleistung durch kurze intensive Leistungsimpulse überlagert wird, was zu einer erzwungenen Ablösung feiner Tropfen von der drahtförmigen Elektrode führt. Die so auf einer tiefen mittleren Leistung durchgeführte Schweissung ermöglicht es, das Verhältnis Elektrodendurchmesser zu Werkstoffstärke gegenüber dem MIG-Lichtbogenschweissen zu erhöhen. Dieser Vorteil wird vor allem bei der Dünnblechschweissung ausgenutzt. Zudem hat sich die erzwungene Tropfenablösung als günstig für die Zwangslagenschweissung erwiesen. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist zum Beispiel in der US-PS 3 568 032 (BE 11*554) näher beschrieben. Dies genügt

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aber beispielsweise beim Senkrechtschweissen eines hochlegierten Chrom-Nickelstahls nicht, um eine saubere, gleichmassige Schweissnaht zu erzeugen. Die bekannt schlechte Wärmeleitfähigkeit dieses Materials führt zu einem Wärmestau in der Schweisszone. Das dünnflüssige Schweissbad drängt durch die Einwirkung der Schwerkraft nach unten und erstarrt in groben Tropfen, was zu einer qualitativ ungenügenden Schweissraupe führt. Die so erzeugte Naht ist kaum druck- oder vakuumdicht und hat eine unansehnliche Oberfläche.

Die Erfindung hat die Aufgabe, den Nachteil der bekannten Verfahren, der beim Vertikal-Schweissen von hochlegierten Stählen auftritt, zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren in der Weise gelöst, dass zum Zwangslagen-Schweissen hochlegierter Stähle

a) der Lichtbogen zyklisch in eine Startphase, eine Schweissphase und eine Abkühlungsphase gesteuert wird;

b) die Fördergeschwindigkeit der Elektrode in Richtung Schweissbad synchron mit der Startphase und der Abkühlungsphase auf einen oberen Grenzwert und auf einen unteren Grenzwert gesteuert wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein durch einen Frequenzgeber gesteuerter Steuerkreis, welcher den zeitlichen Ablauf der Startphase, Schweissphase und Abkühlungsphase in jedem Zyklus steuert, einen Grundstromkreis, einen impulsstromkreis und ein Drahtvorschubgerät synchron zueinander betätigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Diagramm des erfindungsgemässen Schweissverfahrens;

Fig. 2 ein Beispiel einer Schaltungsanordnung für die Durchführung des Verfahrens der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt in ihrem oberen Teil die Fördergeschwindigkeit Vd in m/min der Drahtelektrode in Richtung Schweissbad. Der mittlere Teil der Fig. 1 zeigt den Schweissstrom Is in Ampere. Der untere Teil der Fig. 1 zeigt die Schweissspannung Us in Volt. Alle drei Abbildungen haben die gleiche Abhängigkeit von der Zeit t, welche auf den Abszissen eingetragen worden ist. Die Fig. 1 wurde während des Schweissens mittels eines Oszillographen aufgenommen. Die Zeitablenkung des Oszillographens beträgt 50 mm/sek. Die Fig. 1 zeigt zwei ganze Zyklen. Jeder Zyklus besteht aus einer Startphase 1, einer Schweissphase 2 und einer Abkühlungsphase 3. Zur besseren Darstellung dieser Verhältnisse sind die einzelnen Phasen mit durchgehenden vertikalen Strichen gekennzeichnet. Mit der in Fig. 2 noch näher zu diskutierenden Vorrichtung ergibt sich das Schweissverfahren gemäss Fig. 1. Im folgenden wird der Schweissvorgang nach Fig. 1 beschrieben. Der Lichtbogen wird gezündet, indem die Bedienungsperson mit der Elektrode das zu verschweissende Gut in bekannter Weise berührt. Dieser Vorgang ist aus Fig. 1 nicht ersichtlich, da nur ein zeitlicher Ausschnitt während dem stationären Schweissen gezeigt wird. Nun beginnt die zyklische Steuerung. Während der Startphase 1 wird die Fördergeschwindigkeit v^ von 0 auf 3.6 m/min erhöht. Gleichzeitig wird die mittlere Schweissspannung von ungefähr 16 V auf ca. 22 V erhöht, so dass eine Erhöhung des mittleren Schweissstromes von ungefähr 30 A auf ca. 100 A sich ergibt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Lichtbogen bereits vor Beginn der Startphase 1 brannte. Der Startphase 1 schliesst sich sofort die Schweissphase 2 an, während der die Förderge-

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schwindigkeit Vd und die mittlere Schweissspannung Us konstant bleiben. Dies ergibt auch einen konstanten mittleren Schweissstrom Is. Die Schweissspannung setzt sich aus einem Grundspannungsanteil und einem Impulsspannungsanteil zusammen. Dies ist in der Fig. 1, unteres Bild, gut dargestellt. Desgleichen hat der Schweissstrom Is einen Grundstromanteil und einen Impulsstromanteil. Der Schweissphase 2 schliesst sich die sogenannte Abkühlungsphase 3 an. In dieser Abkühlungsphase reduziert sich die Fördergeschwindigkeit Vd der Drahtelektrode auf 0 m/min. Ausserdem wird die mittlere Schweissspannung Us auf einen minimalen Grenzwert von ungefähr 16 V reduziert. Der Impulsanteil der Schweissspannung ist nicht mehr vorhanden. Es liegt nur noch der Grundspannungsanteil vor. Dies bedeutet, dass nur noch der Grundstromanteil des Schweissstromes den Lichtbogen, auf ein Minimum reduziert, weiterbrennen lässt. Hierdurch wird die Ionisation der Lichtbogensäule aufrecht erhalten. Dieser Abkühlungsphase 3 des einen Zyklus schliesst sich sofort die Startphase 1 des nächsten Zyklus an. Die Zyklen wiederholen sich mit einer Frequenz von 6 - 0,4 Hz. Demzufolge beträgt die Zeitdauer für die Startphase 1 und die Schweissphase 2 280 ms und 2000 ms. Die zeitliche Dauer der Abkühlungsphase liegt in der Grössenordnung von 50 ms bis 500 ms. Die angegebenen Zeiten können selbstverständlich in einem noch grösseren Bereich variiert werden. Dies hängt von den einzelnen Bedingungen des Schweissvorganges ab.

Die Vorrichtung in der Fig. 2 besteht im wesentlichen aus einer MIG-Impulsstromquelle 4. In dieser Impulsstromquelle befindet sich ein Stromkreis 5 für den Grundstromanteil des Schweissstromes Is und ein Impulsstromkreis 6 für den impulsförmigen Anteil des Schweissstromes Is. Die Stromversorgung aus einem Versorgungsnetz sowie die Zuführung von Schutzgas für die MIG-Impulsstromquelle sind durch den Pfeil 7 dargestellt. Die Impulsstromquelle 4 versorgt den Brenner 8 mit

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dem notwendigen Schweissstrom, der notwendigen Menge an Schutzgas über die mittels der Pfeile 9 und 91 symbolisierten Leitungen. Diese Leitungen sind in der Praxis am Drahtvorschubgerät 10 angeschlossen., Im Drahtvorschubgerät befindet sich die drahtförmige Schweisselektrode, welche in einer Länge von ca. 100 m auf eine Trommel aufgewickelt ist. Von dieser Rolle wird die Drahtelektrode abgewickelt und durch eine besondere Vorrichtung zum Brenner 8 transportiert. Im Drahtvorschubgerät 10 ist ein entsprechender elektrischer bzw. pneumatischer oder hydraulischer Antriebsmotor vorgesehen. Die Steuerung 11 steuert den Grundstromkreis 5. Der Impulsstromkreis 6 wird durch die Steuerung 12 gesteuert. Das Drahtvorschubgerät 10 wird durch die Steuerung 13 gesteuert. Die drei Steuerungen 11, 12, 13 erhalten ihre Steuerbefehle vom Steuerkreis 14, welcher den zeitlichen Ablauf für jeden Schweisszyklus steuert. Dieser Zyklus ist in der Fig. 1 als Startphase 1, als Schweissphase 2 und als Abkühlungsphase 3 dargestellt. Diesem Steuerkreis 14 ist der Frequenzgeber 15 vorgeschaltet. Der Frequenzgeber gibt mittels Spannungssignale auf den Steuerkreis 14 die vorgegebene Frequenz der Zyklen an. Eine Handeingabe 16 ist vorgesehen, mit deren Hilfe eine Bedienungsperson die gewünschte Frequenz der Zyklen eingibt. Dies gilt jedoch.nur für den Fall, dass das erfindungsgemässe Schweissverfahren mit Hand durchgeführt wird. Bei Durchführung des erfindungsgemässen Schweissverfahrens mit einem Schweissautomaten wird die Handeingabe 16 unterbrochen und dafür am nächsten Eingang des Frequenzgebers 15 die Steuervorrichtung des Schweissautomaten angeschlossen. Diese Steuervorrichtung gibt die gewünschte Frequenz der Schweisszyklen in den Frequenzgeber ein.

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Claims

Köln, den 28.7.1978pa

.·/- .-..'λ-ι-λ-τγ- _y Reg.-Nr. She 703

DiFi.-Ι.·Κ? Γ;: '·'·.'. ^iO^ ~>^/<^ BE 18'64 0

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Di;·:...!;«;-.· v". :.L!3ACH Oerlikon Bührle AG

Patentansprüche

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/ 1.jMIG-Schweissverfahren zum Schweissen mittels Impuls-N—' Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwangslagenschweissen hochlegierter Stähle

a) der Lichtbogen zyklisch in eine Startphase, eine Schweissphase und eine Abkühlungsphase gesteuert wird;

b) die Fördergeschwindigkeit der Elektrode in Richtung Schweissbad synchron mit der Startphase und der Abkühlungsphase auf einen oberen Grenzwert und auf einen unteren Grenzwert gesteuert wird.
2. MIG-Schweissverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

- während der Startphase die Spannung des Lichtbogens und die Fördergeschwindigkeit der Elektrode auf den gewünschten Wert erhöht werden, so dass der Schweissstrom auf den gewünschten Wert ansteigt;

- während der Schweissphase der Lichtbogen aus einem Grundstromanteil und einem Impulsstromanteil besteht, wobei die Schweissspannung und die Fördergeschwindigkeit der Elektrode und somit der Schweissstrom im wesentlichen konstant gesteuert werden;

- während der Abkühlungsphase die Fördergeschwindigkeit der Elektrode auf den unteren Grenzwert gesteuert, der Impulsanteil des Lichtbogens abgeschaltet und der Grundstromanteil des Lichtbogens auf ein Minimum reduziert werden, so dass die Ionisation der Lichtbogensäule nicht unterbrochen wird.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Vorrichtung zur Durchführung des Schweissverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch einen Frequenzgeber (15) gesteuerter Steuerkreis (14) vorgesehen ist, welcher Steuerkreis den zeitlichen Ablauf der Startphase (1), der Schweissphase (2) und der Abkühlungsphase (3) in jedem Zyklus steuert und einen Grundstromkreis (5), einen Impulsstromkreis (6) und ein Drahtvorschubgerät (10) synchron zueinander betätigt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Ablauf der Startphase (1) und der Schweissphase (2) im Bereich von 280 ms bis 2000 ms liegt und der zeitliche Ablauf der Abkühlungsphase im Bereich von 50 ms bis 500 ms vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Schweisszyklen im Bereich von 3 - 0,4 Hz liegt.

Gp/rg/lf
18.7.78

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