DE3007944A1

DE3007944A1 - Elektro-schweissgeraet

Info

Publication number: DE3007944A1
Application number: DE19803007944
Authority: DE
Inventors: Rune Lennart Johansson
Original assignee: Thermal Dynamics Corp
Current assignee: Victor Equipment Co
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1980-03-01
Publication date: 1980-09-04
Also published as: NO150024B; IT1140643B; JPS55117574A; SE7901872L; IT8020019A1; GB2044495B; MX149015A; FR2450141A1; SE416625B; FI67311B; NO794214L; AU527612B2; NO150024C; GB2044495A; IT8020019A0; FI794051A; AU5602480A; FI67311C; US4319124A; FR2450141B1

Description

Thermal Dynamics Corporation

West Lebanon/New Hampshire 03784 (USA)

Elektro-Schweißgerät

Die Erfindung betrifft ein Elektro-Sehweißgerät, insbesondere eine Vorrichtung zum Sprühbogensohweißen, mit einer regelbaren Stromquelle, einer Einrichtung zum Vorschieben einer drahtartigen, verbrauchbaren Elektrode aus Additivmaterial zu einer Schweißstelle und einer Regeleinheit zur automatischen Einstellung der Stromquelle entsprechend der Schweißfolge.

Beim Lichtbogenschweißen wird das Additivmaterial in der Form eines kontinuierlich vorgeschobenen Drahts zugeführt, durch den auch der Sohweißstrom fließt. Ein Kennzeichen des Lichtbogenschweißens dabei ist, daß das Additivmaterial der Schweißstelle in der Form eines Strahls kleiner Tropfen zugeführt wird, wobei der Lichtbogen ständig zwischen dem äußersten Ende des Additivdrahts und der Schweißstelle brennt.

Bei bekannten Elektro-Sehweißgeräten dieser Art muß man die Zeiten, bei denen der Vorschub des Additivmaterials und die Versorgung mit Strom von der Stromquelle unterbrochen werden, miteinander koordinieren, damit verhindert wird, daß der Draht aus Additivmaterial die Schweißsohmelze berührt und anschließend in dieser hängenbleibt und daß er innerhalb der Schweißdüse schmilzt und anschließend dort hängenbleibt. Probleme

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dieser Art können auch durch Änderungen im Vorschub des Schweißdrahts hervorgerufen werden, beispielsweise als Folge eines Rutschens in der Drahtvorschubeinrichtung, und sie können deshalb durch die vorstehend erwähnte Koordinierung nicht gänz-'lich vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Torrichtung zum Lichtbogenschweißen zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Probleme mindestens im wesentlichen beseitigt sind.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Regeleinheit Mittel zum Aufteilen der Schweißfolge in geregelter Weise in Intervalle hoher und niedriger mittlerer Stromstärke durch intermittierendes Erhöhen und Verringern des Ausgangs der Schweißstromquelle in Relation zum mittleren Ausgang entsprechen der eingestellten Geschwindigkeit des Drahtvorschubs und zur gewählten Bogenlänge und Mittel zum Verhindern des Begins eines Intervalls hoher Stromstärke vor dem Abfall der momentanen Ausgangsspannung auf einen bestimmten Wert aufweist. Auf diese Weise können die vorstehend erwähnten Probleme in einfacher Weise vermieden werden, und diese Probleme lassen sich bei der bekannten Ausführung solcher Schweißgeräte nicht vermeiden.

Wenn während eines Intervalls niedriger Stromstärke die momentane Ausgangsspannung nicht auf den bestimmten Wert abfällt, ist das ein Zeichen, daß die Geschwindigkeit, mit der der Draht vorgeschoben wird, erheblich abgefallen ist, und es besteht anschließend die Gefahr, daß der Draht an der Schweißdüse hängenbleibt. Um diese Gefahr zu vermeiden kann die Regeleinheit nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung Mittel zum Unterbrechen des Schweißstroms dann aufweisen, wenn die Dauer eines Intervalls geringer Stromstärke eine bestimmte Zeit überschreitet.

Die während der Intervalle hoher Stromstärke zugeführte Energie kann auf verschiedene Weise geregelt werden. Um die Konstruk-

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tion zu vereinfachen, wird die Dauer der Intervalle hoher Stromstärke vorzugsweise konstant gehalten. Alternativ kann die Regeleinheit jedoch Mittel zum Einführen eines weiteren Intervalles niedriger Stromstärke aufweisen, wenn die momentane Ausgangsspannung der Schweißstromquelle einen bestimmten Wert erreicht. In dieser Hinsicht kann die Regeleinheit vorteilhafterweise Mittel zum Regeln des Ausgangs der Schweißstromquelle während der Intervalle hoher Stromstärke und gegebenenfalls während der Intervalle niedriger Stromstärke als eine Funktion der Dauer der Intervalle hoher Stromstärke aufweisen. Alternativ kann die Regeleinheit Mittel zum Regeln des Ausgangs während der Intervalle hoher Stromstärke und gegebenenfalls auch während der Intervalle niedriger Stromstärke als eine Punktion der Dauer der Intervalle niedriger Stromstärke aufweisen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schweißgeräts nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Regeleinheit, die in das Schweißgerät nach der Erfindung eingebaut ist,

Fig. 3 eine Darstellung normaler Kurven, die Strom, Spannung und Stromstärke beim lichtbogenschweißen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Geräts darstellen, und

Fig. 4 Kurven, die denen nach Fig. 3 entsprechen, und zwar bei Unterbrechung des Vorschubs des Schweißdrahts.

In Fig. 1 ist eine regelbare Schweißstromquelle 10 gezeigt, die von einem Dreiphasennetz versorgt wird und deren Ausgänge 11, 12 mit einer Drahtelektrode 13 bzw. mit einem Werkstück 14 verbunden sind. Der Draht 13 wird der Schweißstelle von einer Vorratsspule 15 aus mittels zweier Vorschubrollen 16 augeführt, die über eine Regeleinrichtung 18, 19 von

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einem Elektromotor 17 angetrieben werden. Mittels der Regeleinrichtung können die gewünschte Drehzahl des Motors und folglich die gewünschte Geschwindigkeit geregelt werden, mit der der Draht vorgeschoben werden soll. Diese Regelung kann in an sich bekannter Weise manuell erfolgen.

Mit 20 ist eine Regeleinheit bezeichnet, die ständig über ein Stromshunt 21, eine Leitung 22 und eine Leitung 23 Signale erhält, welche dem Schweißstrom und der Schweißspannung entsprechen. 24 bezeichnet eine Leitung zum Leiten von Regelsignalen zur Stromquelle 10, und diese Signale regeln in dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel den Stromstärkenausgang der Stromquelle. Die Stromquelle 10 ist in schnell regelbarer Bauart vorgesehen, wie sie beispielsweise in der US-PS 4.152.759 beschrieben ist und die folglich eine individuelle Regelung jeder Schweißperiode und auch der verschiedenen Intervalle t^ - tp, tp - t.. innerhalb jeder Schweißperiode ermöglicht. 25 bezeichnet eine manuell bediente Einstellung zum anfänglichen Einstellen der Regeleinheit 20.

Fig. 3 zeigt die normale Änderung der Stromstärke I₍ der Spannung TJ und der Leistung P als eine Funktion der Zeit t, wenn unter Verwendung des Geräts nach Fig. 1 und des noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 geschweißt wird. Der Strom, die Spannung und die Stromstärke ändern sich normalerweise pulsartig oder periodisch bei jedem Schweißpuls, wie das symbolisch über den Kurven in Fig. 3 dargestellt ist, wo 13 wiederum den Draht und 14 das Werkstück bezeichnen. Dabei tritt ein Intervall t.. - tp hoher Stromstärke und ein Intervall tp - t.. niedriger Stromstärke auf. Die mittlere Sollstromstärke ist bei P„ in Fig. 3 gezeigt.

el

Die in Fig. 2 dargestellte Regeleinheit erhält über die Leitung 23 ein Spannungssignal, das mit der Spannung zusammenfällt, die zwischen der Elektrode 13 und dem Werkstück 14 vorhanden ist. Das Spannungssignal wird an einen Diskriminator-

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kreis angelegt, bestehend aus einem durch Widerstände 26, 27 gebildeten Spannungsteiler und einem Verstärker 28 mit einem umgeriehteten Eingang, wobei dieser Verstärker als Leveldiscriminator arbeitet. Der Diskriminatorkreis 26, 27, 28 ist so eingerichtet, daß er eine Spannung U-j (Fig. 3) an der Leitung 23 erfaßt, wobei diese Spannung durch ein negatives Potential bestimmt wird, das mittels des Potentiometers 25 und der Widerstände 26 und 27 eingestellt werden kann. Auf diese Weise erzeugt der Verstärker ein binäres "Eins"-Signal, wenn die Spannung an der Leitung 23 mit dem Wert IL· zusammenfällt oder weniger als dieser beträgt. Die Signale vom Verstärker 28 werden an eine RS-Flipflopschaltung oder einen bistabilen Multivibrator 29 angelegt, und ein binäres "Eins"-Signal am S-Eingang, d.h. zu Beginn des Intervalls hoher Stromstärke, bringt die Flipflopsohaltung in eine Position, in der das Ausgangssignal E des Q-Ausgangs ein binäres "Eins"-Signal ist. Mit dem Q-Ausgang der RS-Flipflopschaltung 29 ist ein Einschalt-Zeitverzögerungskreis 30 verbunden, der so funktioniert, daß dann, wenn dessen Eingangssignal E von einem binären "NuIl"-Signal auf ein binäres "Eins"-Signal wechselt, das Ausgangssignal von ihm die gleiche Signalumrichtung zu einer bestimmten Zeit nach erfolgter Signalumrichtung am Eingang des Kreises durchläuft. Das Signal B, das bei dem Wechsel zwischen einem Intervall hoher Stromstärke und einem Intervall niedriger Stromstärke ein "Eins"-Signal kurzer Dauer ist, wird an den R-Eingang der RS-Flipflopschaltung 29 angelegt und bringt die Flipflopschaltung 29 in eine Position, in der der ^-Ausgang ein binäres "Eins!!-Signal liefert. Der Einschalt-Zeitverzögerungskreis 30 bestimmt die Dauer des Intervalls t.. - tg hoher Stromstärke. Der Q-Ausgang der RS-Flipflopschaltung 29 ist mit B" bezeichnet. Das Signal 1 wird auch an einen Einechalt-Zeitverzögerungskreis 31 angelegt, in dem es verzögert wird, wobei das Ausgangssignal des Kreises 31 mit C bezeichnet ist. Die Arbeitsweise des Einschalt-Zeitverzögerungskreisee 31 ist die gleiche wie die des zuvor beschriebenen Einschalt-Zeitverzögerungekreises 30.

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Ein Signal, das proportional zur Dauer des Intervalls niedriger Stromstärke ist, wird mittels eines Integrationsverstärkers 32, eines Integrationskondensators 33, eines elektronischen Schaltelements 34, das vom Signal B gesteuert wird, und ■ einem Eingangswiderstand 35 gerzeugt. Der Eingang des Integratorkreises 32 - 35 ist mit einem festen negativen Potential über das elektronische Schaltelement 36 gekoppelt, das vom Signal B gesteuert wird. Während des Intervalls niedriger Stromstärke ist das Signal B eine binäre "Eins", wobei das Element 36 das feste negative Potential mit dem Widerstand 35 koppelt. Das Ausgangssignal vom Integrationsverstärker 32 wird dann mit einer konstanten Spannungsableitung im positiven Sinne während des gesamten Intervalls niedriger Stromstärke integriert, und es ist am Ende des Intervalls niedriger Stromstärke proportional zur Dauer des Intervalls niedriger Stromstärke. Das Ausgangssignal des Integratorkreises 32-35 wird durch ein elektronisches Schaltelement 37 geliefert, das vom Signal E gesteuert wird. Das Signal E, das eine binäre "Eins" während des Intervalls hoher Stromstärke ist, koppelt während dieses Intervalls über das Element das Ausgangssignal vom Integratorkreis 32 - 35 mit einem großen Kondensator 38, der eine sehr lange Entladungszeitkonstante hat. Am Ende des Intervalls hoher Stromstärke wird der Integrationsverstärker 32 auf Null durch das Schaltelement 34 durch das Signal B geschaltet, das eine binäre "Eins" kurzer Dauer zur gleichen Zeit liefert, zu der das Schaltelement 37 vom Signal E geöffnet wird. In Anschluß an jedes Intervall niedriger Stromstärke wird der Kondensator 38 dann auf einen Wert aufgeladen, der proportional zur Dauer eines vorhergehenden Intervalls niedriger Stromstärke ist.

Ein Regler zum Regeln des Stromstärkenausgangs der Stromquelle 10 weist einen Funktionsverstärker 39 mit einem Rückkopplungskreis auf, bestehend aus einem Widerstand 40 und einem Integrationskondensator 41 sowie Eingangswiderständen 42 und 43. Der Regler 39 - 43 erhält ein Bezugseignal von einem festen negativen Potential über den Eingangswiderstand 43 und

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ein Erwiderungssignal über den Widerstand 42 vom Kondensator 38, wobei die Spannung dieses Kondensators proportional zur Dauer des Intervalls niedriger Stromstärke ist. Das Ausgangssignal des Reglers dient zur Regelung des Ausgangs der Stromquelle 10 in solcher Weise, daß die Dauer des Intervalls niedriger Stromstärke auf einen bestimmten Wert geregelt wird, der durch den Widerstand 43 und das negative Potential bestimmt ist. Diese Regelung des Stromausgangs wird auf Grund der Tatsache erreicht, daß das Ausgangssignal des Reglers 39 - 43 das Stromstärkenbezugssignal der Leitung 24 durch Kreise regelt, die nachstehend noch zu beschreiben sind. Während des Intervalls hoher Stromstärke wird das Stromstärkenbezugssignal durch einen Summierkreis erzeugt, zu dem ein i'unktionsverstärker 44 mit seinem Rückkopplungswiderstand 45 und ein Reihenwiderstand 46 gehört, wobei die Werte an den Widerständen 45, 46 die Verstärkung bestimmen.

Während des Intervalls niedriger Stromstärke wird das vom Widerstand 46 erzeugte Stromstärkenbezugssignal vom Ausgangssignal abgezogen, das von einem Integratorkreis kommt, bestehend aus einem Funktionsverstärker 47 mit einem zugehörigen Integrationskondensator 48 und einem Reihenwiderstand 49, wobei die Geschwindigkeit der Integration durch den Wert des Widerstands 49 und des Kondensators 48 bestimmt wird. Ein elektronisches Schaltelement 50, das vom Signal B gesteuert wird, ist zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers 47 geschaltet und verhindert, daß der Verstärker 47 außa?während des Intervalls hoher Stromstärke ein Signal liefert.

Das Bezugssignal vom Verstärker 47 wird über den Widerstand 51 im Summierkreis 44, 45, 46, 51 vom Signal abgezogen, das zuvor durch den Widerstand 46 gekommen ist. Der Verstärker 44 liefert also durch einen Umrichtkreis 52 ein Stromstärkenbezugssignal an der Leitung sowohl während des Intervalls hoher Stromstärke als auch während des Intervalls niedriger Stromstärke. Ein elektronisches Schaltelement 53, das vom Signal C

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gesteuert wird, stellt das Ausgangssignal des Verstärkers und des Kreises 52 auf Null, wenn das Intervall niedriger Stromstärke zu kurz ist, wobei solche kurzen Intervalle dann auftreten, wenn die Yorschubgeschwindigkeit des Elektrodendrahts erheblich abfällt oder wenn der Drahtvorschub ganz aufhört. Die Strom- und Spannungs- und Stromstärkenfolgen, die dann auftreten, sind in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 bezeichnet ΐ einen Zeitpunkt, bei dem der Vorschub des Elektrodendrahts aufgehört hat, während t., einen Zeitpunkt bezeichnet, bei dem der Sohweißstrom unterbrochen ist, weil die Dauer des Intervalls niedriger Stromstärke ihren maximal zugelassenen Wert erreicht hat.

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Claims

Pat ent ansprtiche

1.\Vorrichtung zum Sprühbogenschweißen, mit einer regelbaren Stromquelle, einer Einrichtung zum Vorschieben einer drahxartigen, verbrauchbaren Elektrode aus Additivmaterial zu einer Schweißstelle und einer Regeleinheit zur automatischen Einstellung der Stromquelle entsprechend der Schweißfolge, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (20) Mittel zum Aufteilen der Schweißfolge in geregelter Weise in Intervalle (t^-tgj tg-t.]) hoher und niedriger mittlerer Stromstärke durch intermittierendes Erhöhen und Verringern des Ausgangs der Schweißstromquelle (10) in Relation zum mittleren Ausgang (P_Q) entsprechend der eingestell-

Ct

ten Geschwindigkeit des Drahtvorschubs und zur gewählten Bogenlänge und Mittel (50) zum Verhindern des Begins eines Intervalls hoher Stromstärke vor dem Abfall der momentanen Ausgangs spannung auf einen bestimmten Wert (U..) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinheit (20) Mittel (53) zum Unterbrechen des Schweißatroms dann aufweist, wenn die Dauer eines Intervalls (tp-t..) geringer Stromstärke eine bestimmte Zeit überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinheit (20) Mittel (30) zum Konstanthalten der Dauer der Intervalle (ΐ^-ΐ₂) hoher Stromstärke aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinheit (20) Mittel

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zum Beginnenlassen eines Intervalls (tp-t..) niedriger Stromstärke dann aufweist, wenn die momentane Ausgangsspannung der Sohweißstromquelle (10) einen "bestimmten Wert erreicht hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinheit (20) Mittel zum Regeln des Ausgangs der Schweißstromquelle während der Intervalle (t-j-tp) hoher Stromstärke und gegebenenfalls während der Intervalle (tp-t,.) niedriger Stromstärke als eine !Funktion der Dauer der Intervalle hoher Stromstärke aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (20) Mittel (32-38) zur Regelung des Ausgangs der Schweißstromquelle (10) während der Intervalle (t^-tp) hoher Stromstärke und gegebenenfalls während der Intervalle (tg-t-j) niedriger Stromstärke als eine !Punktion der Dauer der Intervalle niedriger Stromstärke aufweist.

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