DE3040689A1 - Verfahren zur prozesssteuerung beim lichtbogenschmelzschweissen mit abschmelzender elektrode - Google Patents

Verfahren zur prozesssteuerung beim lichtbogenschmelzschweissen mit abschmelzender elektrode

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DE3040689A1
DE3040689A1 DE19803040689 DE3040689A DE3040689A1 DE 3040689 A1 DE3040689 A1 DE 3040689A1 DE 19803040689 DE19803040689 DE 19803040689 DE 3040689 A DE3040689 A DE 3040689A DE 3040689 A1 DE3040689 A1 DE 3040689A1
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welding
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movement
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DE19803040689
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Günther Dr.-Ing. DDR 4101 Zwintschöna Hesse
Martin Dr.-Ing. DDR 4030 Halle Schellhase
Martin Dipl.-Ing. DDR 4020 Halle Ströfer
Prof. Dr.rer.nat. Hans-Erich DDR 3010 Magdeburg Weinschenk
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Zentralinstitut fuer Schweisstechnik der DDR
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Zentralinstitut fuer Schweisstechnik der DDR
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124Circuits or methods for feeding welding wire
    • B23K9/125Feeding of electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K9/073Stabilising the arc
    • B23K9/0731Stabilising of the arc tension

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Verfahren zur Prozeßsteuerung beim Lichtbogenschweißen mit
  • abschmelzender Elektrode Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prozeßsteuerung beim Lichtbogenschmelzschweißen mit absohmelzender Blektrode zur Durchführung des automatischen Schweißens mit endlosem Zusatzwerkstoff.
  • Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, das Lichtbogenschmelzschweißen mit endlosem Zusatzwerkstoff durchzuführen, indem dieser als Draht, Band, Fülldraht oder in ähnlicher Gestalt kontinuierlich der Werkstückschmelzzone zugeführt und unter Einwirkung des Lichtbogens abgeschmolzen wird, wobei als Schutz der Werkstückschmelzzonen des Lichtbogens und des Zusatzwerkstoffes aktive und innere Gase, Pulver, Flußmittel und andere Hilfsstoffe zugesetzt werden.
  • Diese Verfahren werden in Abhängi-"gkeit von der technologischen Aufgabe mit Stromquellen, die im Bereich der Schweißparameter über eine fast horizontal verlaufende statische Kennlinie verfügen, unter Anwendung der als # Is-Regelung bekannten Methode der Beeinflussung des Abschmelzverhaltens und zeitlich konstanten Elektrodenvcrschub oder mit Stromquellen, die im Bereich der Schweißparameter eine stark fallende statische Belastungskennlinie aufweisen, unter Anwendung der als A U@-Regelung bekannten Methode der Beeinflussung des Abschmelzverhaltens mit lichtbogenspannungsabhängigem Elektrodenvorschub durchgeführt (BRD OS 2614494).
  • Nachteilig bei der hinwendung der Is-Regelung ist der durch die flache Stromquellencharakteristik bedingte große Schwankungsbereich des Schweißstromes, der Bedingt durch den mit dem Quadrat der Stromstärke anwachsende@ Lichtbogendruck zu unkontrollierten Badschwankungen unterschiedlicher Amplitude führt und zusammen mit der abschmelzbewegung an der Zlektrodenspitze und der stochastischen Auslenkung der Lichtbogensäule infolge laufender Katoden- bzw. Anodenfallgebiete zu einem resultierenden NabtbildungsprozP£.ß führt, der gekennzeichnet ist durch einen stochastisch ablaufenden Werkstoffübergang, durch unterschiedliche Bogenbrenn- und Kurzschlußphasen bzw. bei kurzschlußfreiem Werkstoffiibergang durch erheblich unterschiedliche Tropfengrößen.
  • Das Ergebnis ist eine in ihrem Aufbau unregelmäßige Schweißnaht bei einer in vielen Fällen zu großen Wahrscheinlichkeit der verminderten Schweißnahtqualität bei automatischeji Verfahren.
  • Nachteilig, bei dem alsiX Us-Regelung bekannten Verfahren ist, daß durch die zur Sicherung eines stabilen Prozesses erforderliche zeitliche Mittelwertbildung des die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit bestimmenden Schweißspannungswerten über einen stochastisch ablaufenden Prozeß sowie durch die Trägheit verwendeter Vors@hubsysteme eine Zuordnung des Meßsignals zum Auf- und Abschmelzprozeß insbesondere zum momentanen Abstand zwischen Elektrodenspitze und Werkstückschmelzzone nicht gegeben ist, DieeX U-Regelung kommt deshalb zweckmäßigerweise nur dort um Einsatz, wo große Lichtbogenlängen und hohe Stromstärken vorliegen.
  • bur Vermeidung der Nachteile der genannten Verfahren mit kontinuierlichem Vorschub wurde nach WP B 23 k/199709 ein Verfahren zur Prozeßregelung beim Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Elektrodenvorschub angegeben, wobei bei vorgegebener Frequenz der Vorschubbewegung eine Regelung des mittleren Schweißstromes durch eine Verstärkereinheit erfolgt, die entsprechend dem Vergleich zwischen einem eingestellten Sollwert und dem zeitlichen Mittelwert des Schweißstromes die mittlere Elektrodenvorschubgeschwindigkeit bestimmt. Nachteilig ist hierbei die aus der erforderlichen Mittelwertbildung resultierende Trägheit der Regelung, die eine ausreichend schnelle Beeinflussung des Snergieumsatzes und der damit im Zusammenhang stehenden Abschmelzvorgänge ausschließt. Nachteilig ist weiterhin die notwendige Isingrenzung der vorgeschlagenen Lösung auf Verfahren mit flacher Stromquellencharakteristik.
  • Ziel der Erfindung Es ist Ziel der Erfindung beim Lichtbogenschmelzschweißen mit abschmelzender Elektrode eine hohe Naht qualität, wie Gleichmäßigkeit des Einbrandes und der Nahtgeometrie sowie Feinschuppigkeit der Nahtoberfläche zu erreichen.
  • Das Wesen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignet e Beeinflussung der Zufuhrbewegung des Elektrodenwerkstoffes die Lichtbogengeometrie, die elektrischen Lichtbogenparameter, den Energieumsatz im Bogenbereich sowie die Werkstoffab- und -aufschmelzung zuverlässig zu steuern.
  • Erfindungsgemäß vjird die Aufgabe wie folgt gelost: Die Zufuhrbewegung der absciimelzenden Elektrode setzt sich aus einer zyklischen Folge von Vorschub und otillstandsphasen eusarmnen, wobei das Verhältnis von Bewegungs- und Stillstandszeit möglichst klein ist. Bedingt durch die zyklische Bewegung des Elektrodenwerkstoffes kommt es zu einer Beschleunigung und abbremsung des flüssigen Werkstofftropfens an der Elektrodenspitze bzw. zu dessen eintauchen in das Schmelzbad. Daraus resultiert eine Synchronität zwischen Vorschubbewegung und Werkstoffübergang, vorausgesetzt, daß die Vorschubfrequenz in einem für diese Erscheinung geeignetem Frequenzbereich liegt. Die Tropfenablbsung erfolgt dabei unmittelbar vor der Stillstandsphase, so daß während dieser reproduzierbare Verhältnisse an der blektroden spitze vorliegen. Über die Periodendauer einer Vorschubbewegung wird der Mittelwert oder das Zeitintegral der Schweißspannung gebildet und mit einem fUr den Prozeß geforderten Sollwert verglichen. Die Istwertbildung erfolgt durch Mittlung der über den Verlauf einer Periode anfallenden Momentanwerte oder als Integration über den Verlauf einer Bevwegungsperiode, wobei in zweiten Fall zur reproduzierbaren Wiederholung des Meßvorganges ein Nullsetzen des Integrators vor Beginn des neuen Meßvorganges erfolgt. Ausgehend von dem Soll-Ist-Wertvergleich erfolgt durch eine geeignete logische Verarbeitungseinheit , die aus einem digitalen oder analogen Rechner besteht, die festlegung bzw. Berechnung der Amplitude der nächstfolgenden Bewegungsphase, und zwar derart, daß nach jedem Bewegungszyklus die Regelabweichung möglichst klein ist und somit annähernd gleiche geometrische Verhältnisse sowie vergleichbare elektrische und energetische Zustände im Bogenraum vorliegen und somit gleichartige, mit großer liäherung zyklische Auf- und Abschmelzvorgänge ablauf en. Bei Verfahren mit kurzschlußbehaftetem Werkstoffübergang kann die Wahl des Meßzeitraumes neben der Synchronisation mit der Vorschubbewegung aufgrund der Synchronität mit dem Werkstoffübergang bei großer ShnlicEseit der Folgezyklen auch durch Nutzung der Spannungsflanken bei der Kurzschlußbildung erfolgen.
  • Der als Maß für die geometrischen, elektrischen und energetischen Verhältnisse nach Ablauf eines Meßvorganges vorliegende Meßwert kann zur Steuerung weiterer Ab- bzw. Aufschmelzvorgänge in der gleichen Werkstückschmelzzone verwendet werden.
  • Durch die beschriebene Zuordnung der Vorschubbewegung zum zeitlichen Verlauf der Lichtbogenspannung ist dieses Verfahren in erster Linie für das Liohtbogenschweißen mit fallender atromquellen-Charakteristik geeignet, wobei durch die extrem schnelle Meßwertverarbeitung eine Zinschränkung auf Prozesse mit hohen Schweißspannungen und -strömen entfällt.
  • Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung wird das Blockschaltbild der Funkionseinheiten zur Prozeßsteucrung bei MIG-Schweißen gezeigt.
  • Durch ein Drahtvorschubsystem 5 wird der Elektrodendraht 1 diskontinuierlich vorgeschoben, wobei ein periodischer Wechsel zwischen Bewegungs- und Stillstandsphasen vorliegt. Dieses Drahtvorschubsystem 5 besteht aus einem elektromagnetischen Schwingungssystem mit einer selbsthemmenden Mitnehmeranordnull, die e die Schwingungsbewegung in 1itr einer Bewegungsrichtung auf den Elektrodendraht 1 überträgt. Die Frequenz der Vor schubbewegung wird entsprechend den technologischen Gegebenheiten über eine Frequeglsvorwahl 4 eingestellte Lbie Stromzufuhr zum Elektrodendraht 1 erfolgt über eine Strom-Kontaktdüse 6 durch eine Stromquelle 2 mit fallender Belastungscharakteristik. Durch eine Verarbeitungseinheit 10 wird die Spannung zwischen der Stromkontaktdüse 6 und dem Werkstück 9 erfaßt. Zwischen der Spitze des aus der Ga.sdüse 3 kommenden Elektrodendrahtes 1 und dem Werkstück 9 brennt ein Lichtbogen 8 unter Argonatmosphäre 7. In der Pause zwischen zwei Bewegungsphasen, die der Verarbeitungseinheit 10 durch das Drahtvorschubsystem 5 signalisiert wird, erfolgt innerhalb der Verarbeitungseinheit 10 die Ermittelung des Spannungsmittelwertes während dieser Zeit.
  • Dieser wird mit einerüber die Sollwertvorgabe 11 vorgegebenen Spannung vorzeichenbehaftet verglichen. Ausgehend von diesem Soll-Ist-Wertvergleich erfolgt innerhalb der Verarbeitungseinheit 10 durch einen analogen Festwertrechner auf der Basis von Operationsverstärkern die Berechnung der amplitude der nächsten Vorschubbewegung, die dem Drahtvorschubsystem 5 signalisiert wird. Der Berechnuii=gsalgorithmus ist dabei so festgelegt, daß die Differenz zwischen Soll-und Istwert gegen Otendiert. Bei der nächsten Vorschubbewegung werden der flüssige Werkstofftropfen von der i;'lek trodenspitze abgestoßen und somit die Voraussetzungen für den nächsten Meßzyklus geschaffen.

Claims (2)

  1. E r f i n d u n g s a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Prozeßsteuerung beim Lichtbogenschmelzschweißen mit abschmelzender Elektrode, g e k e n n -z ei c h ne t d a d u r c h s daß die Zufuhrbewegung des Elektrodendrahtes (1) diskontinuierlich erfolgt, wobei sich die Bewegungs- und Stillstandsphasen periodisch abwechseln und in der Stillstand sphase oder bei kurzschlußbehaftetem Werkstoffübergang zwischen den zwei Spannungsflanken der Lichtbogenbrennphasen der Mittelwert oder das Zeitintegral der Schweißspannung durch eine logische Verarbeitungseinheit ClO), bestehend aus einem digitalen oder analogen Rechner erfaßt, mit einem eingestellten Sollwert verglichen und für die Bestimmung der Amplitude der nächstfolgenden Bewegungsphase derart ausgewertet wird, daß über jedem Vorschubzyklus der zeitliche Mittelwert oder das Zeitintegral der Schweißspannung nahezu identisch mit der Sollwertvorgabe (11) ist.
  2. 2. Verfahren zur Prozeßsteuerung beim Lichtbogenschmelzschweißen mit abschmelzender Elektrode nach Punkt 1, g ek e n n z e i c h n e t d a d u r c h, daß das von der logischen Verarbeitungseinheit (10) ermittelte Meßsignal zur Prozefasteuerung eines zweiten in der gleichen Werkstückschmelzzone ablaufenden Ab- oder Aufschmelz prozesses verwendet wird.
DE19803040689 1979-11-30 1980-10-29 Verfahren zur prozesssteuerung beim lichtbogenschmelzschweissen mit abschmelzender elektrode Withdrawn DE3040689A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0201641A1 (de) * 1985-03-29 1986-11-20 Dimetrics,Inc. Anordnung und Verfahren zur Erfassung der Position eines Schweissbrenners
DE102009031360A1 (de) * 2009-07-02 2011-01-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Drahtverbraucher mit einer Drahtfördereinrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0201641A1 (de) * 1985-03-29 1986-11-20 Dimetrics,Inc. Anordnung und Verfahren zur Erfassung der Position eines Schweissbrenners
DE102009031360A1 (de) * 2009-07-02 2011-01-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Drahtverbraucher mit einer Drahtfördereinrichtung

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