DE2949361A1

DE2949361A1 - Verfahren zur elektrodenstromregelung bei einem schweissgeraet mit mehreren elektroden

Info

Publication number: DE2949361A1
Application number: DE19792949361
Authority: DE
Inventors: Eiji Ashida; Satoshi Kokura; Yuzo Kozono; Masayasu Nihei; Akira Onuma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1979-12-07
Publication date: 1980-06-19
Also published as: JPS5577975A; US4396823A; GB2039174A; GB2039174B; JPS6253263B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißgerät mit mehreren Elektroden, insbesondere auf ein Verfahren zur Regelung der den einzelnen Elektroden eines solchen Schweißgeräts zugeführten Schweißströme.

Als Schweißgerät mit mehreren Elektroden werden meist solche mit zwei Elektroden verwendet und es wurden bereits verschiedene Vorschläge zur Regelung der den einzelnen Elektroden eines solchen Schweißgeräts zugeführten Schweißströme bekannt. Nach einem Vorschlag enthält das Schweißgerät eine einzelne Gleichstromquelle und zwei Schweißelektroden zur Speisung der Schweißströme zu den einzelnen Schweißelektroden, mit denen an einem Werkstück geschweißt wird. In Reihe mit den beiden Elektroden ist ein Paar Schaltelemente geschaltet, die abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, so daß die Schweißströme den beiden Elektroden abwechselnd zugeführt werden. Beispielsweise ist aus der japanischen Offenlegungsschrift 52-145353 ein Verfahren bekannt, nach dem ein Schweißstrom von einer einzelnen Schweißstromquelle über einen schnellwirkenden Umschalter den beiden Elektroden zugeführt wird. Der Umschalter besteht aus zwei abwechselnd mit hoher Frequenz ein- und ausschaltbaren Schaltelementen. Der schnellwirkende Umschalter besteht vorzugsweise aus zwei Thyristoren.

Aus dem japanischen Patent 869 617 (japanische Offenlegungsschrif t 51-37900) ist ein Schutzgasschweißverfahren an einem Werkstück unter Verwendung einer sich nicht aufbrauchenden

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Elektrode bekannt, bei dem die Schweißströme abwechselnd der sich nicht verbrauchenden Elektrode bzw. einem Füllmaterial zugeführt werden, so daß die Schweißoperation ausgeführt wird, während der Punkt der Lichtbogenerzeugung umgeschaltet wird. Die Wirksamkeit des Schutzgasschweißens, insbesondere des Wolframschweißens unter inertem Gas, kann verbessert werden, wenn ein Schweißstrom zugeführt wird, der zwischen Füllmaterial und Werkstück, fließt, wodurch ein von demjenigen Lichtbogen getrennter Lichtbogen erzeugt wird, der zwischen der nicht aufbrauchbaren Elektrode und dem Werkstück springt. Aus der genannten Druckschrift ist es bekannt, die den beiden Elektroden zugeführten Schweißströme abwechselnd zu schalten und so gegenseitige Störungen zwischen den beiden Lichtbögen zu verhindern.

Ferner ist aus der japanischen Patentschrift 904 440 (japanische Patentveröffentlichung 52-32732) ein Lichtbogenschweißverfahren bekannt, bei dem der Abschrägungsspalt zwischen zwei zusammenzuschweißenden Werkstücken auf ein zulässiges Minimum verringert ist. Es kann mit einer einzigen und mit zwei Elektroden geschweißt werden. Das Schweißen mit einer Elektrode ist insofern nachteilig, als das geschmolzene Metall nicht in ausreichendem Maße auf die Oberfläche der Abschrägung aufgelegt wird; zur Vermeidung dieses Nachteils wird mit zwei Elektroden geschweißt. Weil aber durch die elektromagnetischen Einflüsse zwischen den von beiden Elektroden erzeugten Lichtbögen die Sprungrichtungen der Lichtbögen abgelenkt werden können, wird die Wirksamkeit der Schweißung in starkem Maße nachteilig beeinflußt. Es ist daher eine Anordnung vorgesehen, die dafür sorgt, daß die Schweißströme

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nicht gleichzeitig den beiden Elektroden zugeführt werden können. Ein Schweißgerät mit mehreren Elektroden ist auch aus der britischen Patentschrift 1 450 912 bekannt. Auch hier werden die den beiden Elektroden zugeführten Ströme durch eine Schalteinrichtung geschaltet, die zwei Thyristoren enhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der mehreren Elektroden eines Schweißgeräts mit mehreren Elektroden zugeführten Ströme anzugeben, nach dem die den einzelnen Elektroden rationell geregelt werden können, so daß Schweißgeräte dieser Art auf diesem Gebiet des Schweißens eine breitere Anwendung finden können. Dabei sollen die den einzelnen Elektroden des Schweißgeräts zugeführten Ströme unter der Bedingung geregelt werden, daß die Summe der Werte sämtlicher Ströme auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Ferner sollen die den einzelnen Elektroden des Schweißgeräts zugeführten Ströme unabhängig voneinander regelbar sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die den einzelnen Elektroden des Schweißgeräts mit mehreren Elektroden zugeführten Ströme in Abhängigkeit vom Material eines vom Schweißgerät zu schweißenden Werkstücks gewählt und die Ströme der gewählten Werte jeweils den einzelnen Elektroden zugeführt werden, um den gewünschten SchweißVorgang am Werkstück auszuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die den einzelnen Elektroden des Schweißgeräts zugeführten Ströme so geregelt werden, daß die Bedingung erfüllt

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ist, daß die Summe der Werte der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die den einzelnen Elektroden des Schweißgeräts zugeführten Ströme gleiche Amplitude jedoch unterschiedliche Dauer haben, wenn die den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme unter der Bedingung geregelt werden, daß die Summe der Werte der einzelnen Ströme auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Nach einem Aspekt der Erfindung werden die mehreren Elektroden eines Schweißgeräts mit mehreren Elektroden zugeführten Ströme, das zur Ausführung von Schweißoperationen an einem Werkstück geeignet ist, durch abwechselnde Zufuhr der Ströme zu den einzelnen Elektroden über Stromschalteinrichtungen geregelt. Die Werte der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme werden in Abhängigkeit vom Material des Werkstücks gewählt und die Schweißoperation am Werkstück wird ausgeführt, indem die Ströme der gewählten Werte über die Stromschalteinrichtung abwechselnd den einzelnen Elektroden zugeführt werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß je nach den Schweißbedingungen die Werte der einzelnen Ströme ohne die Einschränkung der Konstanthaltung der Summe sämtlicher Ströme auf dem bestimmten Wert frei gewählt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher zum Schweißen einer großen Vielfalt von Materialien anwendbar, indem die Werte der einzelnen Ströme in Abhängigkeit davon gewählt werden, ob das Werkstück einen hohen oder niedrigen Schmelzpunkt und eine

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hohe oder niedrige Wärmeleitfähigkeit hat.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 das schematische Schaltbild einer Vorrichtung zur Regelung der den einzelnen Elektroden eines zwei Elektroden aufweisenden Schweißgeräts zugeführten Schweißströme,

Fig. 2 das Schaltbild einer Fig. 1 ähnlichen Anordnung mit der detaillierten Darstellung der Schalter,

Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm der den beiden Elektroden durch abwechselndes Ein- und Ausschalten der Schalter der Fig. 2 zugeführten Schweißströme,

Fig. 4a

und 4b Zeitablaufdiagramme mit der Darstellung der unterschiedlichen Arten der Schweißstromregelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren/ wobei die Werte der den beiden Elektroden zugeführten Ströme in Abhängigkeit vom Material eines zu schweißenden Werkstücks gewählt werden,

Fig. 5a

und 5b beim Schweißen mit einer einzigen bzw. mit zwei Elektroden auftretende Zustände,

Fig. 5c im Diagramm die Abhängigkeit des Lichtbogendruckes vom Schweißstrom bei der Anordnung der Figuren 5a und 5b,

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Fig. 5d die Breite des Kopfes aus geschmolzenem

Metall, wenn an einem Metall mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt mit zwei Elektroden geschweißt wird,

Fig. 6 das Schaltbild eines zwei Elektroden aufweisenden Schweißgeräts, das nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt wird,

Fig. 7a im Blockschaltbild den detaillierten Aufbau

des Impulsgenerators der Fig. 6,

Fig. 7b im Zeitablaufdiagramm die Arbeitsweise des

Impulsgenerators der Fig. 7a,

Fig. 7c im Zeitablaufdiagramm die den beiden Elektroden des Schweißgeräts der Fig. 6 abwechselnd zugeführten Ströme,

Fig. 8 das Schaltbild eines nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelten Schweißgeräts mit zwei Elektroden,

Fig. 9 im Zeitablaufdiagramm die Ströme zusammen mit

den Triggerimpulsen im Schweißgerät der Fig. 8,

Fig. 10 das Schaltbild eines nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelten Schweißgeräts mit zwei Elektroden und

Fig. 11a

und 11b in Zeitablaufdiagrammen die Ströme zusammen mit

den Triggerimpulsen im Schweißgerät der Fig. 10,

Durch abwechselnde Zufuhr der Schweißströme zu den einzelnen Elektroden eines mehrere Elektroden aufweisenden Schweißgeräts wird eine nachteilige magnetische Störung zwischen den Licht-

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bögen verhindert. Dies führt zu günstigen Ergebnissen, weil das Schweißgeräb das Werkstück mit hoher Geschwindigkeit und hohem Wirkungsgrad schweißen kann.

Fig. 1 zeigt die Grundidee einer solchen Art der Schweißstromregelung bei einem Schweißgerät mit zwei Elektroden. Die Schweiß stromquelle 1 ist mit einer ihrer Klemmen über zwei parallelgeschaltete Halbleiterschalter 2 und 3 an zwei Schweißelektroden 4 bzw. 5 angeschlossen; die andere Klemme ist mit dem zu schweißenden Werkstück verbunden. Die Schalter 2 und 3 werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so daß die Schweißströme A und B abwechselnd den Elektroden 4 bzw. 5 zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Halbleiterschalter 2 und 3. Die Schalter 2 und 3 sind gleich aufgebaut und enthalten Hauptthyristoren 20 bzw. 30 zum Schalten des Stromes, Hilfsthyristoren 21 bzw. 31 zum Ausschalten des zugehörigen Hauptthyristors 20 bzw. 30, Kondensatoren 22 bzw. 32, Spulen 23 bzw. 33, Dioden 24 bzw. 34 und nicht gezeigte Thyristor-Zündschaltungen. Bei der Stromregelung zur abwechselnden Zufuhr der Schweißströme A und B zu den Elektroden 4 bzw. 5 wird zunächst der erste Hauptthyristor 20 eingeschaltet, so daß für eine vorbestimmte Zeitperiode zunächst der Schweißstrom A zur ersten Elektrode 4 zugeleitet wird. Danach wird der der ersten Elektrode 4 zugeordnete erste Hilfsthyristor 21 eingeschaltet und damit der erste Hauptthyristor 20 ausgeschaltet. Gleichzeitig wird der zweite Hauptthyristor 30 mit der zweiten Elektrode 5 eingeschaltet. Wenn der erste Hilfsthyristor 21 eingeschaltet wird, wird die im Kondensator 22 und in der Spule 23 gespeicherte Ladung in umgekehrter Richtung zum Strom des ersten Hauptthyristors 20 entladen, so daß der Thyristor 20 ausgeschaltet wird. Sobald der

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erste Hauptthyristor 20 ausgeschaltet ist, wird der der zweiten Elektrode 5 zugeordnete zweite Hauptthyristor 30 eingeschaltet und der zweiten Elektrode 5 der Schweißstrom B zugeführt. Der zweite Hilfsthyristor 31 wird darauf eingeschaltet, um den zweiten Hauptthyristor 30 auszuschalten. Diese Arbeitsweise ist die gleiche wie beim Einschalten des ersten, der ersten Elektrode 4 zugeordneten Hauptthyristors 20. Dieser Ein-Aus-Zyklus wird mit vorbestimmter Frequenz wiederholt, so daß den Elektroden 4 und 5 die Schweißströme A und B abwechselnd zugeführt werden. Hierdurch werden nachteilige magnetische Störungen zwischen den Lichtbogen verhindert.

Fig. 3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm des der ersten Elektrode 4 zugeführten SchweißStroms A und des der zweiten Elektrode zugeführten SchweißStroms B. Das Schweißgerät hat den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Aufbau. Fig. 3 zeigt den Fall, daß die Schalter 2 und 3 mit vorbestimmter Frequenz abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Somit haben, wie in Fig. 3 gezeigt, die der ersten und zweiten Elektrode 4 bzw. 5 zugeführten Schweißströme A bzw. B den gleichen Spitzenwert.

Bei dem Schweißgerät der Figuren 1 und 2 werden die Schalter 2 und 3 abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so daß der ersten und zweiten Elektrode 4 bzw. 5 abwechselnd die Schweißströme A und B vorbestimmter Dauer zugeführt werden (Fig. 3), wobei die Spitzenwerte der Schweißströme A und B nicht variabel sind. Je nach dem Material des zu schweißenden Werkstücks kann es jedoch zweckmäßig oder vorzuziehen sein, Amplitude und Dauer der Schweißströme A und B zu variieren. Das Schweißgerät der Figuren 1 und 2 kann diese Forderung nicht erfüllen. Mit anderen Worten, dieses Schweißgerät ist bei einer Vielzahl von Werkstückmaterialien und Schweißbedingungen nicht anwendbar. Das heißt,

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je nach dem Material des zu schweißenden Werkstücks können Schweißstromverläufe der in den Figuren 4a und 4b gezeigten Art wirksamer sein als der der Fig. 3. Beispielsweise ist nach Fig. 4a die Summe der Werte der der ersten und zweiten Elektrode 4 bzw. 5 zugeführten Schweißströme A bzw. B auf einem vorbestimmten Wert gehalten. Die Dauer des der zweiten Elektrode 5 zugeführten Stromes unterscheidet sich jedoch von der des der ersten Elektrode 4 zugeführten Schweißstromes A. Diese Art der Schweißstromzufuhr ist insofern vorteilhaft, als die Lichtbogen stabil erzeugt werden, da die zum Schweißen mit den Elektroden 4 und 5 erforderliche Leistung konstant gehalten wird und die Spitzenwerte der Schweißströme A und B gleich groß sind. Nach Fig. 4b unterscheidet sich die Amplitude des der zweiten Elektrode 5 zugeführten Schweißströmes B von der des der ersten Elektrode 4 zugeführten Schweißstromes A. Diese Art der Stromzufuhr eignet sich zum Schweißen an einem Werkstück aus einem Metall wie Aluminium, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Wegen des niedrigen Schmelzpunktes von Aluminium kann das geschmolzene Metall vom Lichtbogendruck aus dem Schweißbereich herausgetrieben werden, wenn nicht der Schweißdruck auf einen ausreichend niedrigen Wert eingestellt wird. In diesem Fall ist es vorzuziehen, das Werkstück durch die vordere Elektrode 4 in ausreichendem Maße vorzuerhitzen und die Schweißoperation durch die folgende Elektrode 5 auszuführen, die mit dem Schweißstrom B verminderter Amplitude gespeist wird.

Die Beziehung zwischen Schweißstrom und Lichtbogendruck und der Zustand der während des Schweißens erzeugten Pfütze aus geschmolzenem Metall werden anhand der Figuren 5a, 5b und 5c erläutert. Fig. 5c zeigt die Abhängigkeit des Lichtbogendruckes

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P vom Schweißstrom I. Fig.5a zeigt einen mit einer einzelnen Elektrode ausgeführten Schweißvorgang, die mit einem Schweißstrom von 300 A gespeist wird, und eine bei hohem Lichtbogendruck ausgebildete Schweißpfütze. Fig. 5b zeigt das Schweißen mit zwei Elektroden. In diesem Fall ist die Summe der den beiden Elektroden zugeführten Schweißströme wie in Fig. 5a gleich 300 A; sie werden je mit 150 A gespeist. Im Fall der Fig. 5b beträgt der Lichtbogendruck etwa 1/4 des Lichtbogendruckes der Fig. 5a, so daß der Schweißvorgang zufriedenstellend ohne die Bildung der Schweißpfütze ausgeführt werden kann. Somit ist das Schweißen mit zwei Elektroden gegenüber dem Schweißen mit nur einer Elektrode vorteilhaft. Im Fall des Schweißens mit zwei Elektroden ist die Verteilung der Schweißströme A und B auf die jeweiligen Elektroden 4 bzw. 5 ein wichtiges Problem. Es wurde festgestellt, daß, insbesondere wenn an einem Werkstück aus einem Metall wie Aluminium mit niedrigem Schmelzpunkt geschweißt werden soll, im Fall der Fig. 5d der Schweißvorgang wirkungsvoll ausgeführt werden kann, wenn die in Schweißrichtung hintere Elektrode 5, der der Schweißstrom B zugeführt wird, zur Vorschubrichtung gegenüber der vorderen Elektrode 4 geneigt wird, der der Schweißstron A zugeführt wird.

Fig. 6 zeigt das Schaltbild eines zwei Elektroden aufweisenden Schweißgeräts, das nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt wird. Zwischen die Schweißstromquelle 1 und zwei Halbleiterschalter 2 und 3 ist ein Schweißstrom-Regeltransistor 40 geschaltet. Der Basisstrom dieses Transistors 40 wird geregelt, um den als Schweißstrom zugeführten Kollektorstrom i zu regeln. Der Basisstrom des Transistors 40 wird durch eine Regelschaltung geregelt, die Potentiometer 41, 42, FET-Schalter 43, 44, einei Differenz-

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Verstärker 45, Widerstände 49, 50, 52, 53 und einen Stromwandler 51 zur SchweißStromerfassung enthält. Die Gates der FET-Schalter 43, 44 werden durch zwei Ausgangs-Impulssignale 46a bzw. 46b eines Impulsgenerators 46 geregelt. Ein Potentiometer 47 dient zur Veränderung der Frequenz der Ausgangsimpulse 46a und 46b des Impulsgenerators 46. Ein Potentiometer 48 dient zur Veränderung des Tastverhältnisses der Ausgangsimpulse 46a und 46b.

Der Impulsgenerator 46 kann den in Fig. 7a gezeigten Aufbau haben, bei dem das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse 46a und 46b durch das Potentiometer 48 einstellbar ist. Der Impulsgenerator 46 der Fig. 7a enthält einen Integrator 71, einen Komparator 72, einen Oszillator 73 und zwei Flip-Flops 74 und 75. Eine vorbestimmte, vom Potentiometer 48 zugeführte Spannung wird durch den Integrator 71 von der Zeit t_Q an integriert. Das Ausgangssignal E hat den in Fig. 7b gezeigten Verlauf. Die Ausgangsspannung E₁ des Integrators 71 wird dem Komparator zugeführt und mit einer Bezugsspannung E - verglichen. Zur Zeit t erreicht die Spannung E den Pegel der Bezugsspannung E _f. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Komparator 52 ein Ausgangsimpulssignal E ab (Diagramm i in Fig. 7b) . Der Oszillator erzeugt sein Ausgangs-Impulssignal OSC (Diagramm ii der Fig. 7b) , wodurch das Flip-Flop 74 zur Zeit t_Q gesetzt wird. Das Flip-Flop 74 gibt das Ausgangs-Impulssignal 46a ab. Beim Einlaufen des Ausgangs-Impulssignals E vom Komparator 72 zur Zeit t. wird das Flip-Flop 74 rückgesetzt. Damit nimmt, wie in Diagramm iii der Fig. 7b gezeigt, das Signal 46a zwischen den Zeitpunkten t_Q und t₁ den Pegel 1 an. Zur Zeit t₁ wird beim Einlaufen des Signals E das zweite Flip-Flop 75 gesezt und das Ausgangs-Impulssignal 46b erscheint, wie im Diagramm iv der Fig. 7b gezeigt. Das Flip-Flop 75 bleibt eingeschaltet, bis es zum Zeitpunkt t₃ durch das Signal OSC rückgesetzt wird. Bei konstanter

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Frequenz des Oszillators 73 ist die Periode T zwischen t und t₃ konstant; das Tastverhältnis der Signale 46a und 46b kann durch die Bezugsspannung E _f verändert werden. Das heißt, die Summe der Dauer der Signale 46a und 4 6b ist gleich der Periode T, weil das erste Flip-Flop 74 und das zweite Flip-Flop 75 durch das Signal E_c zu der Zeit, zu der E_ref = E₃. ist, rückgesetzt bzw. gesetzt wird. Die Schwingungsfrequenz des Oszillators 73 kann durch das Potentiometer 47 geändert werden. Die Potentiometer 41 und 42 dienen zur Einstellung der der ersten und zweiten Elektrode 4 bzw. 5 zugeführten Schweißströme A bzw. B. Die Schalter 2 und 3 werden durch die Ausgangssignale 46a bzw. 46b des Impulsgenerators 46 gesteuert. Fig. 7 zeigt den Verlauf der Ströme i.. , A und B an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 6.

Im Betrieb werden die einzelnen Potentiometer 41, 42, 47 und 48 vor dem Schweißen auf ihre vorbestimmten Werte eingestellt. Die Einstellung des Potentiometers 41 zur Steuerung des der ersten Elektrode 4 zugeführten Schweißstromes A wird größer gewählt als die des Potentiometers 42 zur Steuerung des der zweiten Elektrode 5 zugeführten Schweißstroms B. Der Impulsgenerator 46 gibt zunächst einen Ausgangsimpuls 46a ab, durch den der FET-Schalter 43 eingeschaltet wird, so daß das der Einstellung des Potentiometers 41 entsprechende Signal dem subtrahierenden Eingang des Differenzverstärkers 45 zugeführt wird. Das dem durch den Stromwandler 51 erfaßten Schweißstrom entsprechende Signal wird ebenfalls zurück auf den subtrahierenden Eingang des Differenzverstärkers 45 geführt. Die Differenz zwischen dem Signal vom Potentiometer 41 und dem Signal vom Stromwandler 51 bildet das tatsächliche Eingangssignal zu diesem Eingang. Der addierende Eingang des Differenzverstärkers 45 liegt gemäß Fig. 6 auf Masse. Der Ausgangsstrom i.. des Transistors 40, der den Schaltern 2 und 3 zugeführt wird, wird

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in Beziehung zum Ausgangssignal vom Differenzverstärker 45 geregelt. Von den Schaltern 2 und 3 wird der Schalter 2 durch den Ausgangsimpuls 46a des Impulsgenerators 46 eingeschaltet. Infolgedessen fließt der Ausgangsstrom i.. des Transistors 40 über den Schalter 2 und wird als Schweißstrom A der ersten Elektrode 4 zugeführt. Der Verlauf dieser Ströme i.. und A ist in den Diagranmsn i bzw. ii der Fig. 7c gezeigt. Der Stromwandler 51 erfaßt den der ersten Elektrode 4 zugeführten Schweißstrom A und sein Ausgagnssignal bildet das negative Rückkopplungssignal, das zur Stabilisierung des Schweißstromes dient. Sobald der Ausgangsimpuls 46a verschwindet ι erzeugt der Impulsgenerator 46 den Eingangsimpuls 46b, wodurch die Schalter 44 und 3 eingeschaltet werden. Der Ausgangsstrom i.. des Transistors 40 wird nun als Schweißstrom B in der vorstehend beschriebenen Weise der zweiten Elektrode 5 zugeführt. Daher werden die Schweißströme A und B mit dem in den Diagrammen ii und iii der Fig. 7c gezeigten Verlauf der ersten bzw. zweiten Elektrode 4 bzw. 5 zugeführt. Nach den Diagrammen ii und iii der Fig. 7c haben die Schweißströme A und B die gleiche Frequenz, die Amplitude des Schweißstromes B beträgt die Hälfte der des Schweißstromes A. Frequenz und Amplitude können durch geeignete Einstellung der Potentiometer 47 und 48 auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden. Zur Aufrechterhaltung der vorbestimmten Schweißleistung in jeder Periode T kann die Amplitude des Schweißstromes A um den Betrag erhöht werden, der dem Dekrement des Schweißstromes B entspricht, dessen Amplitude gleich der Hälfte der des Schweißstromes A ist (Diagramme iv und ν der Fig. 7c).

Statt des in Fig. 6 gezeigten einzigen Transistors zur Schweißstromregelung werden tatsächlich hunderte derartiger Transistoren verwendet, da nur eine große Anzahl von Transistoren den

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einige hundert Ampere betragenden Schweißstrom verkraften können.

Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Schweißgeräts der Fig. 6. Als Schalter 2 und 3 werden Thyristoren 200 bzw. 300 verwendet. Die Richtung der Schweißströme A und B zum Werkstück 6 unterscheidet sich in Fig. 8 von der der Fig. 6. Dies hat jedoch keine besondere Bedeutung, sondern dient lediglich der leichteren Darstellung. Somit ist der Schaltungsaufbau der Fig. 8 im wesentlichen der gleiche wie der der Fig. 6, mit der Ausnahme, daß der Impulsgenerator durch einen anderen Impulsgenerator 60 ersetzt ist. Der Impulsgenerator 60 ähnelt dem Impulsgenerator 46 der Fig. 6 insofern, als er ebenfalls das Frequenzverhältnis und das Tastverhältnis ändert. Der Impulsgenerator 60 unterscheidet sich jedoch vom Impulsgenerator 46 in der Art der Erzeugung der Impulssignale 60c und 6Od zur Steuerung der Thyristoren 200 bzw. 300. Fig. 9 zeigt den Verlauf der Ströme i., A, B und von Triggerimpulssignalen 60c und 6Od.

Bei der Schaltung der Fig. 8 erscheinen die Triggerimpulse 60c und 6Od zum Triggern der Thyristoren 200 bzw. 300 mit der in Fig. 9 gezeigten Folge. Demgemäß werden die Thyristoren 200 und 300 beim Anlegen dieser Triggerimpulse 60 c bzw. 6Od getriggert. Die Impulse 60a und 60b vom Impulsgenerator 60 werden den Schaltern 43 bzw. 44 zugeführt und das Ausgangssignal vom Differenzverstärker 45 gelangt an die Basis des Transistors 40, der den Strom i mit dem in Fig. 9 gezeigten Impulsverlauf liefert. Fig. 9 zeigt, daß zwischen den Stromimpulsen eine Totzeit t besteht. Diese Totzeit ist so gewählt, daß sie länger ist als die Ausschaltzeit der Thyristoren und 300. Während der Zeitperiode t wird der Transistor 40 aus-

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geschaltet. Infolgedessen wird der jeweils eingeschaltete Thyristor 200 oder 300 innerhalb der Periode t automatisch ausgeschaltet. Daher werden die Schweißströme A und B mit dem in Fig. 9 gezeigten Verlauf der ersten bzw. zweiten Elektrode 4 bzw. 5 zugeführt.

Die Triggerimpulssignale 60c und 6Od, die von dem in Fig. 8 gezeigten Impulsgenerator 60 erzeugt werden, unterscheiden sich von den Impulssignalen 46a und 4 6b, die vom Impulsgenerator 46 der Fig. 6 erzeugt werden, und zwar aus den gegenwärtig beschriebenen Gründen. Die Schalter 2 und 3 der Schaltung der Fig. 6 sind die Schaltelemente, die beim Anlegen der Impulssignale 46a bzw. 46b mit dem Pegel 1 eingeschaltet werden. Die Impulssignale 46a und 46b sind daher notwendig zur Erzeugung von Signalverläufen der in den Diagrammen iii bzw. iv der Fig. 7b gezeigten Art. Die Thyristoren 200 und 300 werden in der Schaltung der Fig. 8 an Stelle der Schalter 2 und 3 verwendet. Das Signal 60c dient als dem Thyristor 200 zugeführtes Gatesignal, das Signal 6Od ist das Gatesignal für den Thyristor 300. Auch in diesem Fall kann eine Fig. 7a ähnliche Schaltung zur Erzeugung dieser Gatesignale 60c und 6Od verwendet werden. Beispielsweise kann das Ausgangssignal OSC vom Oszillator 73 als Signal 60c und das Ausgangssignal E vom Komparator 72 als

Signal 6Od verwendet werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 8 kann die gewünschte Kommutierung ohne die verschiedenen Elemente erreicht werden, wie sie nach Fig. 2 zum Auschalten der Hauptthyristoren notwendig sind.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 basiert auf dem der Fig. Hierbei sind die Richtungen der den Elektroden 4 und 5 zugeführten Schweißströme A bzw. B nach Wunsch in Wechselstromart

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variabel. Die Schaltung der Fig. 10 enthält mehrere Hauptthyristoren 170, 171, 172 und 173, die in der anhand Fig. beschriebenen Weise ein- und ausgeschaltet werden. Wenn beispielsweise die Hauptthyristoren 171 und 172 eingeschaltet werden, fließt der Schweißstrom A vom Thyristor 40 über den Hauptthyristor 171, das Werkstück 6, die erste Elektrode 4 und den Hauptthyristor 172. Wenn andererseits die Hauptthyristoren 170 und 173 eingeschaltet sind, fließt der
Schweißstrom B über den Hauptthyristor 170, die zweite Elektrode 5 und das Werkstück 6 zum Hauptthyristor 173. Somit
haben die der ersten und zweiten Elektrode 4 und 5 zugeführten Schweißströme A bzw. B unterschiedliche Polaritäten und unterschiedliche Amplituden (Fig. 11a). Bei dem obigen Betrieb muß ein Schalter 174 ausgeschaltet werden. Ist der Schalter 174 eingeschaltet, so ähnelt der Schweißbetrieb
dem mit einer einzelnen Elektrode, der der Schweißstrom mit rechteckiger Wellenform gemäß Fig. 11b zugeführt wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung erübrigt sich eine Thyristor-Kommutierungsschaltung. Die Ziele der Erfindung sind jedoch auch erreichbar, wenn
auch eine Kommutierungsschaltung gemäß Fig. 2 vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß werden die Schweißströme unterschiedlicher Amplitude den beiden Elektroden eines zwei Elektroden aufweisenden Schweißgeräts zugeführt. Im folgendem sollen einige Beispiele von Schweißbedingungen beschrieben werden, um zu illustrieren, wie sich die Zufuhr derartiger Schweißströme zur Erzielung einer erfolgreichen Schweißung an verschiedenen
Metallen eignet.

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1. Werkstück aus Kupfer.

Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer beträgt etwa das Fünffache der eines Metalles wie Eisen. Daher wird ein Werk stück aus Kupfer im allgemeinen während des Schweißens auf eine Temperatur von etwa 400°C bis 700⁰C vorerhitzt. Wird an einem solchen Werkstück der Schweißvorgang ausgeführt, indem ein Vorheizstrom und ein Schweißstrom mit dem gleichen Spitzenwert den beiden Elektroden zugeführt wird, so ist die Vorerhitzung unzureichend, weil der Spitzenwert des der Schweißelektrode zugeführten Schweißstromes der gleiche ist wie der des der Vorheizelektrode zugeführten Vorheizstromes. In einem solchen Fall läßt sich der gewünschte Vorheizeffekt erzielen, wenn die Amplitude des der Vorheizelektrode zugeführten Vorheizstromes unterschiedlich von der des der Schweißelektrode zugeführten Schweißstromes gewählt wird.

2. Werkstück aus Stahl.

Beim Schweißen eines Werkstücks aus Stahl stellt sich das Problem der Schweißgeschwindigkeit. Wenn die Schweißgeschwindigkeit verhältnismäßig hoch ist, kann es leicht zu Buckelbildungen (Bildung von Hohlräumen) kommen. Zur Verhinderung der Ablage Buckel aufweisender Schweißnähte, die infolge dieser Erscheinung auftreten, sollte die Amplitude des der in Schweißrichtung hinteren Elektrode zugeführten Schweißstromes größer als die des der vorderen Elektrode zugeführten Schweißstromes sein. Das heißt, wenn die Amplitude des der hinteren Elektrode zugeführten Schweißstromes größer gewählt wird als die des der vorderen Elektrode nach dem der Erfindung zugrundeliegenden Prinzip zugeführten Schweißstromes, so kann die Erscheinung der Buckelbildung vermieden und eine gute Schweißung gewährleistet werden.

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3. Werkstück aus Aluminium.

Beim Schweißen eines Werkstückes aus Aluminium muß vor dem Schweißen der auf der Oberfläche des Aluminiumwerkstücks gebildete Oxidfilm zerstört werden. Das heißt, es muß zunächst gereinigt werden. Erfolgt diese Reinigung durch Zufuhr von Strömen des gleichen Spitzenwertes oder gleicher Amplitude zu den beiden Elektroden, so müssen diese Ströme wechselstromartig der Plus- und der Minuselektrode zugeführt werden. Dabei ist es möglich, daß die Pluselektrode verbraucht oder geschmolzen wird. Dies kann bei der Anordnung gemäß Fig. 10 vermieden werden, bei der die Ströme unterschiedliche Spitzenwerte haben (Fig. 11).

4. Andere

Die vorstehende Beschreibung richtet sich auf die Art der Schweißung, bei der eine zu schweißende Fläche ohne Schweißdraht direkt geschmolzen wird. Die Erfindung ist jedoch auch auf das Schweißen mit Schweißdraht anwendbar. Hierbei wird der Schweißdraht als Elektrode betrachtet und die Schweißströme unterschiedlicher Spitzen- oder Amplitudenwerte werden den einzelnen Elektroden zugeführt, so daß gleichmäßige Schweißnähte aufgelegt werden.

Statt bei Schweißgeräten mit zwei Elektroden ist die Erfindung auch bei solchen mit mehr Elektroden anwendbar.

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Leerseite

Claims

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 » 3, MÖNCHEN ΘΟ POSTADRESSE: POSTPACH 95 OI 6O₁ D-BOOO MÖNCHEN 95

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• KARL LUDWIO SCHIFC (1984-1978)

DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER

DIPL. INQ. PETER STREHL

DrPL. CHEM. DR. URSULA SCHOBEL- HOPF

DIPL. INQ. DIETER EBBINQHAUS

DR. INO. DIETER FINCK

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MB auromarcpat München

HITACHI, LTD. 7. Dezember 1979

DEA-14533

VERFAHREN ZUR ELEKTRODENSTROMREGELUNG BEI EINEM SCHWEISSGERÄT

MIT MEHREREN ELEKTRODEN

Patentansprüche

( 1.'Verfahren zur Regelung der mehreren Elektroden eines mehre- ^""^ re Elektroden aufweisenden Schweißgeräts zugeführten Ströme, wobei das Schweißgerät geeignet ist, an einem Werkstück durch abwechselnde Zufuhr der Ströme zu den einzelnen Elektroden über Stromschalteinrichtungen Schweißarbeiten auszuführen, dadurch gekennze ichnet, daß die Werte der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme in

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ORIGINAL INSPECTED

Abhängigkeit vom Material des Werkstücks gewählt werden,
und daß die Schweißoperation am Werkstück durch abwechselnde Zufuhr der Ströme der gewählten Werte zu den einzelnen Elektroden über die Stromschalteinrichtungen ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten Schritt das Verhältnis zwischen den den einzelnen Elektroden zugeführten Strömen unter der
Bedingung gewählt wird, daß die Summe der den einzelnen
Elektroden auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, und daß im zweiten Schritt die Ströme der am gewählten Verhältnis eingestellten Werte den einzelnen Elektroden zugeführt werden, so daß die Schweißoperation ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt der Einstellung des gewählten Verhältnisses zwischen den einzelnen Stömen die Veränderung der Dauer der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme
unter der Bedingung umfaßt, daß die Summe der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme auf dem vorbestimmten
Wert gehalten wird und sämtliche Ströme die gleiche Amplitude haben, und daß im zweiten Schritt die Ströme mit der
beim gewählten Verhältnis eingestellten Dauer jeweils den
einzelnen Elektroden zugeführt werden, so daß die Schweißoperation ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt der Einstellung des gewählten Verhältnisses zwischen den einzelnen Strömen die Veränderung der Amplituden der den einzelnen Elektroden zugeführten
Ströme unter der Bedingung umfaßt, daß die Summe der Werte

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der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird und sämtliche Ströme die gleiche Dauer haben, und daß im zweiten Schritt die Ströme mit beim gewählten Verhältnis eingestellter Amplitude jeweils den einzelnen Elektroden zugeführt werden, so daß die Schweißoperation ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Schweißstromquelle die Schweißströme zu den mehreren Elektroden zuführt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Verhältnis zwischen den einzelnen Strömen unter der Bedingung eingestellt wird, daß die Summe der Mittelwerte der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Verhältnis zwischen den einzelnen Strömen unter der Bedingung eingestellt wird, daß die Summe der Effektivwerte der den einzelnen Elektroden zugeführten Ströme auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird.

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