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Titel: Verfahren und Einrichtung zum Zünden des Licht-
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bogens bei teil- oder vollmechanisierten Schweißverfahren mit abschmelzender
Elektrode Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Zünden des
Lichtbogens beim teil- oder vollmechanisierten Lichtbogenschweißen, insbesondere
beim MIG/MAG-Schweißen, mit abschmelzender Drahtelektrode und mit einem Vorschubmotor
für die Drahtelektrode.
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Bei den bekannten teil- oder vollmechanisierten Lichtbogenschweißverfahren,
insbesondere dem MIG/MAG-Schweißen, ist es im allgemeinen recht schwierig, den Lichtbogen
zu zünden, weil die Leerlaufspannungen der Schweißstromquelle nur wenig größer sind
als die Schweiß spannungen (etwa 14 bis 44 Volt) und weil die Drahtelektrode mittels
des Drahtvorschubmotors auf das zu schweißende Werkstück gedrückt wird, bevor sich
ein stabiler Lichtbogen gebildet hat. Die nachteiligen Folgen der häufig unvermeidbaren
Fehlzündungen sind Kaltstellen und Nahtüberhöhungen am Schweißnahtanfang, explosionsartiges
Abplatzen des ersten Schweißdrahtstückes, Anfangsspritzer oder Drahtvorschubstörungen
durch Ausknicken des sich vorschiebenden Schweißdrahtes. Besonders ausgeprägt sind
solche Zündfehler bei weichen Schweißdrähten und schlecht leitenden Werkstückoberflächen,
insbesondere bei Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Sehr ungünstig
ist es für das Zündverhalten auch, wenn man mit relativ dicker
Drahtelektrode,
zbBo eine Aluminlum-Drahtelektrode von 192 tm Durchmesser relativ kleine Ströme,
z.B0 50a, zünden muß.
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Man hat in der Vergangenheit versucht, das Zündverhalten dadurch zu
verbessern, daß die Drahtelektrode vor dem Zünden mit langsamer Vorschubgeschwindigkeit,
dem sogenannten Zündvorschub, zum Werkstück bewegt und erst beim Berühren des Werkstückes
auf die höhere Schweißgeschwindigkeit umgeschaltet wirdo Auch sind in letzter Zeit
Schaltungsanordnungen bekannt geworden, welche die Drahtelektrode bei Berührung
mit dem Werkstück kurz stoppen und dann langsam auf die Schweißvorschubgeschwindigkeit
beschleunigen. Alle diese Maßnahmen haben aber zu keinen befriedigenden Zündergebnissen
geführt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine einfache
und betriebssichere Einrichtung zu schaffen, mit der bzw. mit dem sich auch unter
den genannten ungünstigen Verhältnissen ein sicheres Zünden des Lichtbogens, insbesondere
beim #IG/NAG-Schweißen erreichen läßt, ohne daß es dabei zu den vorstehend erwähnten,
auf Zündfehler zurückzuführenden Schwierigkeiten und nachteiligen Erscheinungen
kommt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die mechanisch zugeführte Drahtelektrode vor Zündung des Lichtbogens bis zum
Werkstückkontakt bewegt, anschließend selbsttätig bis zum Zünden des Lichtbogens
vom Werkstück zurückgezogen und nach dem Zünden des Lichtbogens zur Durchführung
des Schweißvorgangs mit der Schweißvorschubgeschwindigkeit wieder zum Werkstück
hin bewegt wird. Es hat sich gezeigt, daß sich mit dieser Verfahrensweise der Lichtbogen
auch unter ungünstigen
Voraussetzungen (dicker, weicher Schweißdraht,
kleiner Strom, schlecht leitende Werkstückoberfläche), insbesondere beim NIG/NAG-Schweißverfahren,
zuverlässig zünden läßt. Das erfindungsgemäße Verfahren mit kurzzeitiger Rückzugbewegung
der Drahtelektrode zum Zwecke des Zündens des Lichtbogens läßt sich in einfacher
und bevorzugter Weise so durchführen, daß die Umsteuerung der Bewegung der Drahtelektrode
von Vorschub auf Rückzug und wieder auf Vorschub automatisch in Abhängigkeit von
der Spannung im Schweißkreis erfolgt, Statt dessen könnte die Umsteuerung des Vorschubmotors
aber auch stromabhängig oder zeitabhängig mit Hilfe eines Zeitgliedes erfolgen.
Es empfiehlt sich, vor dem Zünden des Lichtbogens die Drahtelektrode bzw. den Schweißdraht
mit einer gegenüber der normalen Schweißvorschubgeschwindigkeit verminderten Geschwindigkeit
bis zum Werkstückkontakt vorzuschieben.
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Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte und
besonders geeignete Einrichtung kennzeichnet sich erfindungsgemäß durch die Verwendung
eines in der Förderrichtung reversierbaren Vorschubmotors für die Drahtelektrode
in Verbindung mit einer durch den-WerkstUckkontakt der Drahtelektrode auslösbaren,
vorzugsweise in Abhängigkeit von der Spannung im Schweißkreis arbeitenden Notor-Reversiersteuerung.
Dabei findet zweckmäßig eine die Spannung im Schwe ißkre is messende Spannungsme
ßvorrichtung Verwendung, deren elektrischer Ausgang mit der Motor-Reversiersteuerung
verbunden ist, Letztere ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß sie bei einer
Spannung, die im Bereich der Schweiß spannung liegt, den Vorschubmotor automatisch
auf Drahtvorschub und bei einer Spannung, die unterhalb der Schweißspannung liegt,
den Vorschubmotor automatisch auf Drahtrückzug steuert. Da beim Werkstückkontakt
die Spannung zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück
gegen
Null abfällt, läßt sichYdieser Spannungsabfall für den kurzzeitigen Rückzug der
Drahtelektrode zum Zwecke des Zündens des Lichtbogens ausnutzen. Nach Bildung des
Lichtbogens steigt die Spannung wieder über den Grenzwert, z,B.
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auf einen Wert über 14 Volt, an, wobei dieser Spannungsanstieg die
Umsteuerung auf erneuten Vorschub der Drahtelektrode bewirkt0 Die Umsteuerung auf
Drahtrückzug und Drahtvorschub läßt sich in einfachster Weise mit einem zweipoligen
Umschaltrelais im Motorstromkreis des Drahtvorschubmotors erreichen. Statt dessen
kann die Drehrichtungsänderung des Drahtvorschubmotors aber auch voll elektronisch
z.B.
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mittels Vierquadrantenregler o.ä. Vorrichtungen durchgeführt werden0
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung in einem
Prinzipschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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In der Zeichnung ist mit 10 das zu schweißende, z.B. aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung bestehende WerkstEck und mit 11 eine Drahtfördereinrichtung
für die im Schweißbetrieb abschmelzende Drahtelektrode 12 bezeichnet.
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Die Drahtfo#rdereinrichtung besteht aus e einem in der Drehrichtung
reversierenden Drahtvorschubmotor 13, einem von dem Motor 13 angetriebenen Vorschubrollenpaar
14 und einer Notor-Reversiersteuerung 150 Letztere ist eingangsseitig über eine
elektrische Steuerleitung 16 an eine Spannungsmeßvorrichtung 17 angeschlossen0 Das
Werkstück 10 ist über einen Kontakt 18 mit der einen elektrischen Leitung 19 einer
(nicht dargestellten) Schweißstromquelle verbunden, deren andere Anschlußleitung
20 über eine als Stromdüse ausgebildete Schweißstromzuführung 21 an der Drahtelektrode
12 anliegt. Die Spannungsmeßvorrichtung
17 ist eingangsseitig über
Leitungen 22 und 23 mit den beiden elektrischen Anschlußleitungen 19 und 20 der
Schweißstromquelle verbunden.
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Die dargestellte Einrichtung dient, wie erwähnt, insbesondere für
das MIG/MAG-Schweißen. Um den Lichtbogen zu zünden, wird zunächst die Drahtelektrode
12 von dem Vorschubmotor 13 und die Vorschubrollen 14 mit langsamer Vorschubgeschwindigkeit
in Pfeilrichtung X vorgeschoben. Vor dem Zünden des Lichtbogens liegt im Schweißkreis
die Leerlaufspannung der Schweißstromquelle an, die im allgemeinen größer als 14
Volt ist und zwischen etwa 14 Volt und 44 Volt liegt, Bei dieser Spannung ist die
Motor-Reversiersteuerung 15 so geschaltet, daß der Vorschubmotor 13 die Drahtelektrode
12 zum Werkstück 10 hin bewegt. Bei Kontakt der Drahtelektrode bzw. des Schweißdrahtes
12 am Werkstück 10 geht die Spannung zwischen Drahtelektrode und Werkstück gegen
Null zurück. Dieser Spannungsabfall wird von der Spannungsmeßvorrichtung 17 ermittelt,
die über die Signalleitung 16 ein elektrisches Signal der Motor-Reversiersteuerung
15 zuführt, wodurch die Drehrichtung des Drahtvorschubmotors 13 selbsttätig umgesteuert
wird. Der Elektrodendraht 12 wird infolgedessen vom Werkstück 10 zurückgezogen.
Hierbei kommt es zur Zündung des Lichtbogens.
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Nach Bildung des Lichtbogens steigt die Spannung im Schweißkreis wieder
auf einen Spannungswert oberhalb 14 Volt an.
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Bei diesem Spannungs- oder Schwellenwert, der erheblich niedriger
ist als die Leerlaufspannung der Schweißstromquelle bzw, die Spannung im Schweißbetrieb,
wird durch die Spannungsmeßvorrichtung 17 und die Motor-Reversiersteuerung 15 der
Drahtvorschubmotor 13 wieder auf Drahtvorschub in Pfeilrichtung X umgesteuert, so
daß die Drahtelektrode nun mit der normalen Vorschubgeschwindigkeit vorgeschoben
wird.
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Die vorstehend beschriebene spannungsabhängige Umsteuerung der Drehrichtung
des Drahtvorschubmotors läßt sich, wie erwährt9 mit Hilfe eines einfachen zweipoligen
Umschaltrelais im Motorstromkreis oder aber auch mit Hilfe vollelektronischer Vorrichtungen,
wie Vierquadrantenregler u0dgl., durchführen0 Wesentlich ist vor allem, daß bei
einem vorgegebenen Spannungswert9 der erheblich niedriger ist als die Schweißspannung,
der Drahtvorschubmotor für den kurzzeitigen Rückzug des Elektrodendrahtes 12 automatisch
reversiert und nach der Zündung des Lichtbogens automatisch wieder auf Drahtvorschub
umgesteuert wird. Dabei ist es ohne weiteres möglich und im allgemeinen zweckmäßig,
den Elektrodendraht bei der zur Zündung des Lichtbogens dienenden Rückstellbewegung
mit einer Geschwindigkeit von dem Werkstück 10 zurückzuziehen, die erheblich kleiner
ist als die normale Vorschubgeschwindigkeit des Elektrodendrahtes während des Schweißbetriebes.
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Die Umsteuerung der Elektrodenbewegung von Vorschub auf Rückzug und
umgekehrt kann auch in Abhängigkeit vom Strom im Schweißkreis oder zeitabhängig
mittels eines einstellbaren Zeitgliedes erfolgen, das beiiiWerkstückkontakt der
Schweißelektrode ausgelöst bzw. geschaltet wird und dadurch den Vorschubmotor für
einen vorgegebenen Zeitintervall auf Elektrodenrückzug umsteuert0
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