DE3213278A1

DE3213278A1 - Mit kurzschluss arbeitende lichtbogen-uebertragschweissmaschine

Info

Publication number: DE3213278A1
Application number: DE19823213278
Authority: DE
Inventors: Seigo Amagasaki Hyogo Hiramoto; Takaji Mizuno; Hirohisa Nagoya Aichi Segawa; Yoichiro Tabata; Shigeo Amagasaki Hyogo Ueguri
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-04-10
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1982-11-18
Also published as: GB8422631D0; GB2101427A; US4485293A; GB2144933B; CA1184617A; FR2503604A1; GB2101427B; DE3213278C2; GB8422633D0; GB2144597B; FR2503604B1; GB8422632D0; GB2144933A; GB2144596B; GB2145588B; GB2144597A; GB2144596A; GB8422634D0; GB2145588A

Description

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MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo / JAPAN
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Mit Kurzschluß arbeitende Lichtbogen-Übertragschweißmaschine
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Eine herkömmliche/ mit Kurzschluß-.arbeitende Lichtbogen-Übertragschweißmaschine ist in der Fig. 1 dargestellt. Im einzelnen bezeichnen die Bezugszeichen: 1 eine Gleichstrom abgebende Schaltung, in der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird; 13 eine Impulswelleneinstellschaltung, die ein Impulsstromwert-Befehlssignal a abgibt; 14 eine Impulsfolgeoinstellschaltung, die ein Impulsstromfolge-Befehlssignal b abgibt; 12 eine Schaltbefehlsschaltung, der die Signale a und b von den Schaltkreisen 13 und 14 zugeführt werden, wodurch die "Ein-Aus"-Folge eines Schältelementes 2, etwa eines Transistors, gesteuert wird; 3 eine Gleichstromdrossel; 4 eine Schwungraddiode, die die Zufuhr einer Rückspannung (Hochspannung) aufgrund der Wirkung der Gleichstromdrossel 3 verhindert unmittelbar nachdem das Schaltelement 2 geschlossen hat; 5 eine Hilfsenergiequelle zum Zuführen eines Gleichstroms (nachfolgend als "Basisstrom" bezeichnet), um einen Schweißlichtbogen aufrechtzuerhalten; 6 eine Vorratsspule, auf der ein Schweißdraht 7 aufgewickelt ist; 8 einen Schweißdrahtvorschubmotor, mit dem der Schweißdraht 7 auf das zu schweißende Werkstück, ein Basismetall 10, hin gefördert wird; 9 einen Schweißbrenner, durch den der Schweißdraht 7 hindurchläuft; und 11 einen Schweißstromdetektor mit einem Shunt-Widerstand. Die Ausgangsgröße des Schweißstromdetektors 11 wird der Schalt-

Befehlsschaltung 12 zugeleitet, wo sie mit dem Impulsstromwert-Befehlssignal a verglichen wird, so daß die "Ein-Aus"-Zeitsteuerung des Schaltelementes 2 so gesteuert wird, daß ein Impulsstrom mit bestimmtem Wert auftritt. 5

Der mit Kurzschluß arbeitende Übertragsschweißvorgang dieser Schweißmaschine ist folgender.

Zunächst werden das Befehlssignal b der Impulsstromdauer und das Befehlssignal a des Impulsstromwertes, die im Hinblick auf eine gewählte Drahtvorschubgeschwindigkeit ausgewählt worden sind, der Schaltbefehlsschaltung 12 zugeführt. Die Folge davon ist, daß dem Schaltelement 2 ein "Ein-Aus"-Befehlssignal von der Schaltbefehlsschaltung 12 zugeführt wird, so daß ein Impulsstrom mit konstantem Wert und einer konstanten Impulsdauer fließt.

Danach wird die Drahtelektrode 7 von der Spule 6 dem Schweißbrenner 9 zugefördert, und das Ende 7a der Drahtelektrode 7 kommt mit dem Basismetall 10 in Berührung. Durch den ersten Stromimpuls wird das Ende 7a der Drahtelektrode 7 weggebrannt, und es entsteht zwischen der Drahtelektrode und dem Basismetall ein Lichtbogen, wodurch das Ende 7a der Drahtelektrode 7 und das Basismetall 10 erhitzt und durch den dadurch entstandenen Lichtbogen geschmolzen werden. Gleichzeitig wird der Schweißdraht 7 vorangefördert, so daß die geschmolzene Drahtelektrode gegen das Basismetall 10 hin geschoben wird. Die so mit dem Basismetall einen Kurzschluß erzeugende Drahtelektrode wird dann vom nächsten Stromimpuls weggebrannt, so daß wieder ein Lichtbogen entsteht. Dieser Vorgang wird beim Schweißen ständig wiederholt.

Bei der beschriebenen Schweißmaschine ist die Vorschubgeschwindigkeit der Drahtelektrode nicht auf die Erzeugungs-

* · w «ι

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dauer des Impulsstroms abgestimmt; vielmehr sind die Vorschubgeschwindigkeit der Drahtelektrode und die Periode des erzeugten Impulsstroms getrennt voneinander eingestellt. Deswegen ist gelegentlich die Zeitsteuerung für das Vorschieben des weggeschmolzenen Drahtendes 7a gegen das Basismetall 10 nicht mit der Zeitsteuerung der Zufuhr eines Stromimpulses synchron. Wenn dies passiert,wird die Drahtelektrode 7 eine relativ lange Periode oder Dauer, gegen das Basismetall gedrückt, wodurch dann eine große Menge von Spritzern über das Basismetall 10 und die angrenzenden Bauteile der Schweißmaschine verbreitet werden. In dieser Hinsicht ist die übliche Schweißmaschine mit Nachteil . behaftet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine mit Kurzschluß arbeitende Übertraglichtbogenschweißmaschine zu schaffen, in der kaum Metallspritzer entstehen und die eine sehr gute Schweißnaht hervorbringt. Ferner soll eine mit Kurzschluß arbeitende Übertrag-Lichtbogenschweißmaschine geschaffen werden, bei der die Schwankungen der durchschnittlichen Lichtbogenlänge aufgrund von Vibrationen bei Änderung des Schweißstroms über den gesamten möglichen Bereich klein sind, so daß stabile Schweißbedingungen erreicht werden.

Um diese Ziele zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Fühler vorgesehen, der die zwischen Basismetall und Drahtelektrode auftretende Spannung feststellt, und ein Schaltelement wird so gesteuert, daß die Stromzufuhr dann beginnt, 0 wenn die vom Fühler festgestellte Spannung einen Wert erreicht, der dem Kurzschlußzustand entspricht, und endet, wenn die Spannung einen Wert hat, der der Lichtbogenbildung entspricht.

• · ·β

• W · ·

• · β

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Ein drittes, mit der Erfindung erfolgtes Ziel ist die Schaffung einer mit Kurzschluß arbeitenden Übertrag-Lichtbogenschweißmaschine, bei der in Übereinstimmung mit der Gestaltung des Basismetalls die Eindringtiefe und der Wert der Verstärkung geändert werden können.

In Verfolgung eines vierten Ziels sollen die Schweißbedingungen besonders für eine automatische StromabStimmung in der Lichtbogenperiode gemäß der Drahtvorschubgeschwindigkeit gemacht sein.

Nach einem fünften Ziel soll die mit Kurzschluß arbeitende Übertragungs-Lichtbogenschweißmaschine eine automatische Stromeinstellung während der Lichtbogenperiode haben, damit eine Durchschnittsschweißspannung auf einen bestimmten Wert eingestellt wird und Unregelmäßigkeiten der Wiederholungsperiode von Kurzschluß und Lichtbogen aufgrund von Vibrationen oder dergleichen ausgeschaltet sind.

Eine sechste Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mit Kurzschluß arbeitende Übertrag-Lichtbogenschweißmaschine zu schaffen, bei der die Schweißbedingungen leicht eingestellt werden können und die fertige Schweißnaht fehlerfrei ist, beispielsweise keine Lunker aufweist.

Nachfolgend werden einzelne Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen stellen dar:

Fig. 1 ' das Schema einer herkömmlichen, mit

Kurzschluß arbeitenden Ubertrag-Lichtbogenschweißmaschine;

Fig. 2 . eine Schemadarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Schweißma

schine gemäß der Erfindung;

Pig. 3 (a) und (b) Strom- und Spannungszeitverlauf der

Lichtbogenschweißmaschine nach Fig. 2;

Fig. 3(c) die Aufeinanderfolge der Schweiß

zustände;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Schweißmaschine in schematischer Darstellung;

Fig. 5, 6 und 7 den Zeitverlauf der Schaltzeitsteuerung (a); den Spannungszeitverlauf (b); den Stromzeitverlauf

(c) und Schnittbilder mit der· zwei

ten Ausführungsform der Erfindung hergestellter Schweißraupen;

Fig. 8 das Schemabild einer dritten Aus-

führungsform der erfindungsgemäßen

Schweißmaschine;

Fig. 9(a) und (b) den Signalverlauf i der Schaltzeit-

. steuerung bzw. der Stromzeitverlauf bei der dritten Ausführungsform der

Erfindung;

Fig. 10 ein viertes Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Schweißmaschine in schematischer Darstellung;

Fig. 11(a),(b) den Zeitverlauf des SchweißStroms, und (c) ein Referenz-Impulsstrom bzw. ein

Signal a beim vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 12 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drahtvorschubgeschwindig— keit und einer Ladungsgröße im vierten Ausführungsbeispiel wiedergibt; 5

Fig. 13 das Wellenformdiagramm des Schweißstroms einer abgewandelten Ausführungsform des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung; 10

Fig. 14 in Schemadarstellung ein fünftes Aus

führungsbeispiel der erfindungsgemässen Schweißmaschine; und

Fig. 15(a), (b) Zeitverläufe des Schweißstroms, ei- und (c) nes Bezugsimpulsstroms bzw. eines

Signals a im fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Mit 15 ist in der Fig. 2 ein Spannungsdetektor bezeichnet, der die Spannung zwischen Drahtelektrode 7 und Basismetall 10 feststellt. In einem ersten Komparator 16 wird die vom Spannungsdetektor 15 festgestellte Spannung V mit einer Spannung Vo verglichen, die dem Kurzschlußzustand entspricht (eine Spannung, die bei auftretendem Kurzschluß oder kurz vor seinem Auftreten festgestellt wird). Ist V ^ Vo, so gibt der Komparator 16 ein Befehlssignal an eine Schalterbefehlsschaltung 12 ab, wodurch das Schaltelement 2 auf Durchlaß geschaltet wird. Mit anderen Worten, der Komparator 6 bestimmt, wann der Kurzschlußzustand zwischen der Drahtelektrode 7 und dem Basismetall 10 aufgetreten ist. In einem zweiten Komparator 17 wird die vom Spannungsdetektor 15 festgestellte Spannung V mit einer Spannung Va verglichen, die bei auftretendem Lichtbogen vorhanden ist. Ist V=Va, so betätigt der Komparator 17 wenn nötig eine Zeit-

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steuerung 18, so daß ein Befehlssignal zum Abschalten des Schaltelementes 2 an den Schaltbefehlskreis nach einer bestimmten Zeitspanne T abgegeben wird. Der Komparator 17 bestimmt als die Dauer des Lichtbogens. Die von der Zeitsteuerung 1-8 vorgegebene Zeitdauer kann Null sein. Die Spuren 3(a) und (b) zeigen die Zeitverläufe von Strom und Spannung der so aufgebauten Schweißmaschine. Fig. 3(c) zeigt schaubildartig verschiedene Schweißzustände. Da die übrigen Teile der Fig. 2 mit denen der Fig. 1 übereinstimmen und gleiche Bezugszeichen gewählt sind, kann die genaue Beschreibung hier entfallen.

Der Betriebsablauf der Schweißmaschine nach Fig. 2 ist folgender. Zuerst wird bei (nicht gezeigten) geschlossenen Schaltern der Gleichstromversorgungsschaltung 1 und der Hilfsenergiequelle 5 für die Zuführung einer sehr niedrigen Spannung das Ende 7a der Drahtelektrode 7 mit dem Basismetall 10 in Berührung gebracht. Dabei stellt der Spannungsdetektor 15 die Spannung V als kleiner als die Spannung Vo entsprechend einem Kurzschlußzustand (V = Vo) fest. Die Schaltbefehlsschaltung 12 erhält also das "Ein"-Befehlssignal. Die Schaltbefehlsschaltung 12 erzeugt dadurch ein Auslösesignal und schließt das Schaltelement 2, so daß die Gleichstromschaltung 1 nun Strom über die Drahtelektrode 7 5 und das Basismetall 10 führt. Der Strom fließt kontinuierlich, bis die Drahtelektrode 7 an ihrer Spitze weggebrannt ist, d.h. ein Lichtbogen steht. Dadurch steigt die Detektorspannung V des Spannungsdetektors 15 vom Kurzschlußspannungswert auf den Spannungswert der Lichtbogenspannung an, wodurch der erste Komparator 16 zu arbeiten aufhört. Bald übersteigt die Detektorspannung V die Spannung Va (V ~ Va), wodurch der zweite Komparator 17 in Wirkung kommt und auch die Zeitsteuerung 18 betätigt wird. Dadurch erhält die Schaltbefehlsschaltung 12 mit einer bestimmten Verzögerungszeit T ein "Aus"-Befehlssignal, so daß das von der Schalt-

befehlsschaltung 12 zugeführte Auslöse- oder Triggersignal aufhört und das Schaltelement 2 geöffnet wird. Der Strom wird durch die Drossel 3 gedämpft, und nur der Strom von der Hilfsenergiequelle 5 fließt noch. 5

In der ersten Phase B des Lichtbogens werden Elektrode 7 und Basismetall 10 erhitzt und zum Schmelzen gebracht, während der Brenner 9 mit Hilfe seines Drahtvorschubmotors 8 die Drahtelektrode 7 voranfördert. Das geschmolzene Ende 7a der Elektrode 7 wird dadurch mit dem Basismetall in 'Berührung gebracht, und das Schaltelement 2 schließt erneut, so daß der Elektrode und dem Basismetall von der Gleichstromversorgungsschaltung Strom zugeführt wird. Das geschmolzene Material der Drahtelektrode wird auf das Basismetall-übertragen. Wird dieser Vorgang wiederholt durchgeführt, ist die Wellenform der Schweißspannung und des Schweißstroms im wesentlichen dreieckförmig, wie es unter (a) und (b) in Fig. 3 dargestellt ist. So bleibt dann der Schweißzustand stabil.

Folgende Methode kann bei der Schweißmaschine angewendet werden: Die von der Zeitsteuerung 18.vorgegebene Zeitdauer T wird nach der Vorschubgeschwindigkeit des Drahtvorschubmotors 8 gesteuert, die Detektorspannung V des Spannungsdetektors 15 wird in einem Durchschnittspannungsumsetzer 19 umgewandelt, und das Ausgangssignal des Umsetzers 19 wird auf die Zeitsteuerung 18 zurückgeführt, so daß die Verzögerungszeit T auf einen Optimalwert eingestellt wird. In diesem Fall kann über den gesamten Schweißstrombereich die Schwankung der durchschnittlichen Lichtbogenlänge aufgrund von Vibrationen vermindert werden, so daß eine noch besse-* re Stabilität des Schweißvorgangs erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Schweißmaschine, bei der die Spannung zwischen Basismetall und auf das Basismetall hin geförderte

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Schweißdrahtelektrode zugeführt wird, so daß durch wiederholte Kurzschlußbildung und Lichtbogenbildung zwischen Ba-sismetäll und Drahtelektrode das Schweißen ausgeführt wird, weist den Spannungsdetektor für das Feststellen der Spannung zwischen Basismetall und Drahtelektrode, Mittel für den Beginn der Zuführung des pulsierenden Stroms zwischen Drahtelektrode und Basismetall, wenn die vom Spannungsdetektor festgestellte Spannung einen Wert erreicht, der dem Auftreten des Kurzschlusses entspricht, und.Mittel für die Beendigung der Impulsstromzuführung auf, wenn der Spannungsdetektor die einem Lichtbogenbetrieb entsprechende Spannung feststellt oder nach dieser Feststellung eine bestimmte Verzögerungszeitspanne verstrichen ist. Während der bei Kurzschluß auftretenden übertragung ist bei der Schweißmaschine die Menge an Spritzern sehr gering und auch die Spritzer selbst sind sehr klein. Sie haften deshalb nicht am Basismetall fest, und die Effizienz des Arbeitsvorgangs ist erheblich verbessert.

Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird ein Anschluß mit umgekehrter Polarität verwendet, d.h., die Drahtelektrode 7 wird als Anode benutzt, während das Basismetall 10 als Kathode dient. In diesem Fall wird dem Basismetall 10 ein großer Wärmebetrag zugeleitet. Speziell beim Schweißen einer dünnen Platte ist die dem Basismetall zugeführte Wärmemenge so groß, daß es wegschmilzt. Es kann auch eine Vorwärtspolarität verwendet werden, so daß die Drahtelektrode 7 als Kathode und das Basismetall 10 als Anode geschaltet sind. Dann wird die Drahtelektrode 7 in hohem Maße abgeschmolzen, so daß die erzeugten Schweißraupen konvex werden. Das Verfahren mit einem sinusartig alternierenden Strom für die Schweißung ist ebenfalls bekannt. Bei diesem Verfahren ist jedoch die Wiederholungsfolge des Schweißvorganges, d.h. die Kurzschlußbildung und die Lichtbogenbildung, nicht synchron mit der zugeführten Spannungs-

welle. Es muß bei diesem Verfahren deshalb eine beschichtete Elektrode eingesetzt werden, damit die Lichtbogenbildung erleichtert wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die eingangs beschriebenen Mängel nicht auftreten, ist in der Fig. 4 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Eindringtiefe und das Maß an Verstärkung oder Auftrag nach Belieben in einer weiten Spanne in Übereinstimmung mit der Gestaltung des Basismetalls variiert werden.

In der Fig. 4 ist mit 51 eine Gleichstromquellenschaltung bezeichnet, in der ein Drehstrom gleichgerichtet wird. Ferner sind vorhanden ein Schaltelement 61 wie ein Transistor, das intermittierend (ein und aus) die Ausgangsgröße der Gleichstromquellenschaltung 51 durchläßt, eine Drossel 71, eine Schwungraddiode 81, die die in der Drossel 71 gespeicherte Energie unmittelbar nach dem Abschalten durch das Schaltelement 61 zirkulieren läßt, ein dritter und ein vierter Komparator 101 bzw. 111, in denen eine durch den Spannungsdetektor 15 festgestellte Lichtbogenspannung mit vorbestimmten Spannungswerten verglichen wird, ein Zeitstcucrglied 121. zum Verzögern des Ausgangssignals des Komparators 111 um eine bestimmte Dauer T. und einen Schaltbefehlskreis 131, der vom Komparator 101 einen "Ein"-Befehl und vom Zeitsteuerglied 121 einen "Aus"-Befehl erhält, woraufhin das Schaltelement 61 ein- bzw. ausgeschaltet wird.

In Fig. 4 sind weiter ein Detektor 11 zum Erfassen des Schweißstroms, Schaltelemente 161 und 162 zum Ein- und Ausschalten der Ströme von der Gleichstromquellenschaltung bzw. der Gleichstromquellenschaltung 51, eine Polaritätsumschalteinheit 25 zum wahlweisen Einschalten des Schaltelementos 161 oder des SchaltolumonLcs 1(>2, £.?c:haltelemente 181 und 182 wie Thyristoren und Widerstände 191

und 192 vorgesehen.

Im übrigen sind die mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten Teile in der Fig. 4 denen der Fig. 2 gleich. 5

Die Arbeitsweise der Schweißmaschine nach Fig. 4 ist folgende.

Die Arbeitsweise der Gleichstromquellenschaltung 51, des Schaltelementes 61, der Drossel 71, der Freilaufdiode 81, der Komparatoren 101 und 111, des Zeitsteuergliedes 121 und der Schaltbefehlsschaltung 131 sind gleich denen der Gleichstromquellenschaltung 1, des Schaltelementes 2, der Drossel 3, der Freilaufdiode 4, der Komparatoren 16 und 17, des Zeitsteuergliedes 18 und der Schaltbefehlsschalfung Die Polaritätsumschalteinheit 25 dient also dazu, die Verbindung für die Vorwärtspolarität oder die Rückwärtspolarität in dem benötigten Verhältnis für die Steuerung der Schweißraußenerzeugung zu schalten (Eindringtiefe und Stärke des Materialaufbaus). Während der Verbindung in Vorwärtspolarität wird dem Schaltelement 162 ein Triggersignal j zugeführt, so daß das Schaltelement 162 leitend wird, während das Schaltelement 161 kein Triggersignal i erhält und letzteres somit gesperrt bleibt. Während der Verbindung mit umgekehrter Polarität wird dagegen das Schaltelement 161 leitend geschaltet, während das Schaltelement 162 gesperrt gehalten wird. Beim Schalten der Verbindung mit Vorwärtspolarität bzw. mit Rückwärtspolarität werden den Steueranschlüssen der Schaltelemente 181 und 182 die Signale i bzw. j zugeleitet, damit die Spitzenspannungen absorbiert werden, die sich aufbauen, wenn die Ströme in den Drosseln 3 und 71 bleiben. Beim Umschalten von Vorwärtspolarität auf Rückwärtspolarität wird das Schaltelement 182 leitend, so daß die in der Drossel 71 gespeicherte Energie vom Widerstand 192 verbraucht wird. Beim Umschalten von Rückwärts-

Polarität auf Vorwärtspolarität wird Schaltelement 181 leitend geschaltet, so daß die in der Drossel 3 enthaltene Energie im Widerstand 191 verbraucht wird. Bei Betrieb in Vorwärtspolarität ist die im Basismetall entstehende Wärme kleiner, doch wird eine stärkere Schweißraupe aufgebaut.

Bei Betrieb in Rückwärtspolarität dagegen erhält das Basismetall eine größere Wärmemenge, doch ist der verstärkende Schweißaufbau kleiner. Um also die Schweißraupe zu erzeugen, die abhängig von der Dicke und Gestaltung des Basismetalls und des Spaltes dazwischen benötigt wird, sollte das Verhältnis von Betrieb in Vorwärtspolarität und Rückwärtspolarität während der Schweißung nach Bedarf durch entsprechendes An- und Abschalten des Signals i, wie im Teil (a)der Fig. 5, im Teil (a) der Fig. 6 und im Teil (a) der Fig. 7 gezeigt, geändert werden (das Signal j tritt stets in .zeitliche Opposition zum Signal i auf). In diesen Fällen ergeben sich Spannungskurvenverläufe wie in den Teilen (b) der Fig. 5, 6 und 7 (Potential des Basismetalls ist Null) und Stromkurvenverläufe gemäß den Darstellungen

(c) dieser Figuren (positiv bei Anschluß in Rückwärtspolarität) . Die Bilder' (d) der Figuren 5, 6 und 7 zeigen in Abhängigkeit von dem geringer werdenden Anteil des Schweißvorganges mit Rückwärtspolarität die Änderung im Querschnitt der Schweißraupe. Sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtspolaritätsanschluß findet der Anstieg des Stromimpulses bei einer Umkehr der Polarität synchron mit dem Kurzschließen zwischen Drahtelektrode und Basismetall ohne Ausfall statt, und der für die Lichtbogenbildung benötigte Strom steht deshalb beim Kurzschluß zur Verfügung. Es findet also ein sanfter übergang von Kurzschluß auf Lichtbogen in kurzer Zeit statt. Wenn die Schaltung so gestaltet ist, daß der Schweißstrom durch das Auftreten des nächsten Kurzschlusses zu Null wird und der Detektor 11 feststellt, daß der Schweißstrom nach Null geht, so daß danach die Polaritätsumschalteinheit 25 betätigt wird, dann ist es für

die Schaltelemente 161 und 162 nicht nötig, die großen Ströme unmittelbar abzuschalten, so daß dann die Überspannungsunterdrückerschaltungen mit ihren Thyristoren 181 und 182 und den Widerständen 191 und 192 entfallen können. 5

Der Schweißer wählt im voraus ein Verhältnis von Vorwärts- und Rückwärtspolarität während der Schweißperiode, wie beschrieben. Soll z. B. mit erhöhter Eindringtiefe in das Basismetall geschweißt werden, dann wird der Anteil der Rückwärtspolaritätsschweißung vergrößert. Soll dagegen eine Schweißraupe gebildet werden, die in stärkerem Maße aufträgt, dann wird der Anteil des Schweißens mit Vorwärtspolarität vergrößert.

Die Schweißmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so gestaltet, daß das Verhältnis von Betrieb mit Vorwärtspolarität und Betrieb mit Rückwärtspolarität nach Bedarf verändert werden kann. Damit kann ein Schweißraupenbild von stabiler Gestalt entsprechend der Dicke und der Form und Gestaltung des Basismetalls hervorgebracht werden.

Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dom wie bei dem Beispiel nach Fig. 4 ein Polaritätsumschaltmechanismus enthalten ist. Die Schweißmaschine weist eine Schalteinrichtung 2 mit einer Inverterschaltung, bestehend aus Leistungstransistoren 261 bis 264,auf, ferner einen Steuerkasten mit Lichtbogeneinstellknopf 201, Stellknopf 202 für Drahtvorschubdaten und Polaritätsverhältniseinstellknopf 203, eine Impulsbreiteneinstellschaltung 21, eine Impulsbreiteneinstellschaltung 22 zum Korrigieren des Ausgangsspannungssignals t„ der Impulsbreiteneinstellschaltung 21 mit Hilfe des Ausgangsspannungssignals eines Durchschnittsspannungsumsetzers 19, wodurch ein Ausgangsspannungssignalτ geschaffen wird, Impulserzeugerschaltkreise

— O "3 _

I und II 231 und 232, einen Scheitelstromeinsteilkreis zum Einstellen eines Stromhöchstwertes I während einer Lichtbogenperiode, einen Lichtbogenstromdetektor 11, einen Verstärker 26 zum Verstärken des Ausgangssignals des Lichtbogenstromdetektors 11 und einen Komparator 27, in dem das Ausgangssignal I_p des Verstärkers 26 mit dem Ausgangssignal I_n des Scheitelstromeinstellkreises 24 verglichen wird. Der Komparator 27 gibt L-Signal bei I_p - I und H-Signal bei I_p <I_po ab.

Außerdem sind in Fig. 8 UND-Glieder 301 und 302 enthalten, denen die Ausgangssignale des Komparators 27, der einen Impulserzeugerschaltung 231 und der. Polaritätsuinschalteinheit 25 i und j zugeführt werden und das Ausgangssignal des UND-Gliedes 301 wird der Basis der Leistungstransistoren 263 und 264 in der Inverterschaltung und das Ausgangssignal des UND-Gliedes 203 den Basen der Leistungstransistoren und 262 in der Inverterschaltung 2 zugeführt.

Teil (a) der Fig. 9 zeigt den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals i der Polaritätsumkehreinheit 25 in Fig. 8, während im Teil (b) der Fig. 9 der zeitliche Verlauf des Lichtbogenstroms der dritten Ausführungsform der Schweißmaschine nach der Erfindung wiedergegeben ist. Die Wcllcnform des Ausgangssignals j der Polaritätsumkehreinheit ist der des Ausgangssignals i entgegengesetzt. Mit. Q₀ ist in Fig. 9(b) der optimale Wert der Ladungen während der Lichtbogendauer bezeichnet, und I„ (durch gestrichelte Linien angedeutet) zeigt die Wellenform eines bestimmten Bezugsimpulsstroms, mit dem die optimale Ladungsmenge Q» erhalten wird.

Es wird jetzt die Arbeitsweise der in Fig. 8 gezeigten Schaltung beschrieben.
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• ·

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Der Ausgang der Gleichstromquellenschaltung 1 wird der Inverterschaltung 2 zugeführt, in der die Impulsstrombreite während der Lichtbogendauer, der Kurzschlußstrom und die Polarität des Schweißlichtbogens für Vorwärtspolaritätsanschluß oder Rückwärtspolaritätsanschluß gesteuert werden.

Zunächst werden bei Inbetriebnahme der Schweißmaschine der Einstellknopf 201 für die Lichtbogenlänge, der Einstellknopf 202 für die Drahtvorschubdaten und der Einstellknopf 203 für das Polarität.sverhältnis auf vorgegebene Werte eingestellt. Die Impulsbreiteneinstellschaltung 21 liefert ein Bezugsimpulsbreitensignal τ« entsprechend einer Kombination der eingestellten Lichtbogenlänge und Drahtvorschubdaten an die Impulsbreiteneinstellschaltung 22. Gleichzeitig gibt der Durchschnittsspannungsumsetzer 19 ein Schweißdurchschnittsspannungssignal an die Impulsbreiteneinstellschaltung 22 , so daß das Impulsbreitenbezugssignal x_Q mit dem Duchschnittsspannungssignal auf ein Impulsbreitensignal τ korrigiert wird, das dann der Impulserzeugerschaltung II 232 zugeführt wird.

Der Grund für die Korrektur des Impulsbreitenbezugssignals t„ mit dem Durchschnittsspannungssignal ist der, Schwankungen der Lichtbogenlänge aufgrund des Schütteins des Schweißbrenners 9 zu verhindern. Wenn die Lichtbogenlänge durch das Schütteln steigt, steigt das Durchschnittsspannungssignal an, und dieses Signal wird dazu benutzt, die Länge des Lichtbogens etwas kürzer zu machen, als es das Impulsbreitenbezugssignal τ~ angibt, wodurch die Lichtbogenlänge wieder auf den Ausgangswert zurückkehrt. Wird im Gegensatz dazu die Lichtbogenlänge geringer, wird sie auf einen etwas längeren Wert als das Impulsbreitenbezugssignal Tq korrigiert.

Das Ausgangssignal des Einstellknopfes für die Drahtvor-

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schubdaten wird einem Motor 8 zugeführt, so daß der Draht

mit einer vorbestimmten Drahtvorschubgeschwindigkeit ν vorangefördert wird.

Der Ausgang V des Spannungsdetektors 15 wird mit der Span-' nung V_Q, die dem Kurzschluß entspricht, im ersten Komparator 16 verglichen und außerdem mit der einer Lichtbogonspannung entsprechenden Spannung Va im zweiten Komparator 17 verglichen. Ist V = Vo, so gibt der Komparator 16 ein Η-Signal ab, ist V ^ Va, gibt Komparator 17 ein H-Signal ab, das einer Verzögerungsschaltung 18 mit Zeitsteuerglied zugeführt wird. Die Verzögerungsschaltung 18 bringt eine ' Verzögerungszeit T zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung hervor. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung 18 wird als L-Signal der Impulserzeugerschaltung I 231 und als H-Signal der Impulserzeugerschaltung II 232 zugeleitet.

Der Ausgang der Impulserzeugerschaltung I 231 wird damit durch den Komparator 16 auf Η-Pegel gehoben, wenn V= Vo ist, und durch Komparator 17 auf L-Pcgel eingestellt, wenn V = Va ist, und so dann den UND-Gliedern 301 und 302 zugeführt. Andererseits ist der Ausgang der Impulserzeugerschaltung II 232 auf L-Pegel, wenn das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 18 ein Η-Signal ist. Wenn das Ausgangssignal, wie oben beschrieben, auf Η-Pegel angehoben ist, wird eine Integrationsschaltung in der Impulserzeugerschaltung II 232 betätigt, so daß, wenn die Ausgangsspannung der Integrationsschaltung gleich dem Ausgangsspannungssignal τ der Impulsbreiteneinstellschaltung 22 wird (d.h. τ msec, nachdem das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 18 nach H gegangen ist), das Ausgangssignal der Impulserzeugerschaltung II 23 2 nach H wechselt.

Während der Dauer von τ msec, nachdem das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 18 nach H gegangen ist, vergleicht

der Komparator 27 ein festgestelltes Scheitelstromsignal I mit dem Ausgangssignal I _Q der Scheitelstromeinstellschaltung 24, wobei ein Η-Signal erzeugt wird, wenn I₁

>I ist, und ein L-Signal, wenn I_pQ = I_p ist. Während der anderen Zeit bleibt der Ausgang des Komparators 27 auf L, da das Η-Signal der Impulserzeugerschaltung II 232 dem Komparator 27 zugeführt wird.

Wenn der Schweißer den Polaritätsverhältniseinstellknopf 203 entsprechend den Schweißbedingungen auf einen optimalen Wert entsprechend Gestaltung und Dicke des Basismetalls stellt, gibt die Polaritätsumschalteinheit 25 die Ausgangssignale i und j ab, die im Wechsel entsprechend dem Verhältnis der Vorwärts- und Rückwärtspolaritätsverbindungen, wie sie mit dem Aufteilungseinstellknopf 203 eingestellt sind, zwischen H und L alternieren.

Das Ausgangssignal des Komparators 27, das Ausgangssignal der Impulserzeugerschaltung I 231 und die Ausgangssignale i und j werden den UND-Gliedern 301 und 302 gemäß Darstellung der Fig. 8 zugeführt. Nur wenn diese Eingangssignale Η-Pegel haben, geben die UND-Glieder 301 und 302 Ausgangssignale ab, um die Transistoren 261 bis 264 der Inverterschaltung 2 zu schalten. Die "Ein"- und "Aus"-Zeitsteuerung der Transistoren 261 und 262 und die der Transistoren 263 und 264 wird durch die Ausgangssignale der UND-Glieder bzw. 3ü2 so gesLcuerL·, daß das Verhältnis der Stromzufuhr für Vorwärtspolaritätsanschluß und Rückwärtspolaritätsanschluß dem eingestellten Wert entspricht. Da das Polaritätsverhältnis durch eine Einstellung gesteuert werden kann, kann die Eindringtiefe und das Maß an verstärkendem Auftrag nach Belieben in weitem Bereich nach der Gestaltung der Basismetalle geändert werden. Da außerdem das Impulsbreitensignal entsprechend dem Schweißspannungsdurchschnittswert korrigiert wird, kann das Schweißen stets mit einer sta-

bilen Lichtbogenlänge durchgeführt werden.

Die Stromzuführperioden in Vorwärts- und Rückwärtspolaritätsrichtung werden mit dem Polaritätsverhältnis-Einstellknopf 203 des Steuerkastens 20 eingestellt, jedoch kann die Einstellung sehr einfach durch Vorgeben eines -/.oitlichen Verhältnisses von Vorwärtspolaritätsanschluß und Rückwärtspolaritätsanschluß erreicht werden. Außerdem kann die Polaritätswechseleinheit 25 so gestaltet sein, daß die An-.

zahl der Kurzschlüsse zwischen Elektrode 7 und Basismetall 10 in der einen Polarität mit einem Zähler gezählt wird, und wenn der Zählwert eine bestimmte Größe erreicht, wird der Polaritätsanschluß umgekehrt. Die Polaritätsanschlüsse können auch nach einem Verfahren geschaltet werden, bei dem die Prozentanteile der Ladungsmengen in den Lichtbogenperioden während Vorwärts- und Rückwärtspolaritätsanschluß eingestellt und berechnet werden. Schließlich kann die Einstellung auch mit dem Einstellknopf 203 derart durchgeführt werden, daß das Schweißen in der Rückwärtspolarität nur dann vorgenommen wird, wenn der Schweißvorgang beginnt oder beendet wird.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schweißmaschine wird die durch die Zeitsteuerung 18 vorgegebene Zeit T durch den Betrieb des Drahtvorschubmotors 8 gesteuert, die Detektorspannung V des Spannungsdetektors 15 wird im Durchschnittsspannungsumsetzer 19 umgesetzt, und der Ausgangswert des Umsetzers 19 wird zur Zeitsteuerung 18 zurückgeführt, so daß die Verzögerungszeit auf einen optimalen Wert eingestellt wird. Dies dient zur Steuerung des Stroms während der Lichtbogendauer, wodurch das Einstellen des Schweißvorgangs erleichtert und seine Effektivität gesteigert werden.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Strom während der Lichtbogendauer automatisch gesteuert

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wird, wird nun in Verbindung mit der Fig. 10 beschrieben, wobei die mit Fig. 2 übereinstimmenden Teile die gleichen Bezugszeichen tragen.

In der Fig. 10 ist ein Stromdetektor 11 vorhanden, während ein Bezugsimpulsformgenerator 423 eine Bezugsimpulswellenform I₀ entsprechend den Drahtvorschubdaten des Drahtvorschubmotors 8 auswählt, und die Betriebszeit durch den zweiten Komparator 17 gesteuert wird, und ein dritter Korn-. parator 424 den festgestellten Strom I des Stromdetektors 11 mit der Bezugsimpulsstromform vergleicht und aufgrund des Vergleichsergebnisses der Schaltbefehlsschaltung 12 ein "Ein-Aus"-Befehlssignal zuführt.

In Fig. 11 (a) ist die Wellenform des Schweißstroms der Schweißmaschine nach Fig. 10, in Fig. 11(b) die Wellenform des Bezugsimpulsstroms I_Q und in Fig. 11(c) der Zeitverlauf des Ausgangssignals a des ersten !Comparators. 16 gezeigt.

Die Arbeitsweise der Schweißmaschine der Fig. 10 ist folgende.

Beim Einschalten des Einspeiseschalters der Gleichstrom-5 quellenschaltung 1 fördert der Vorschubmotor 8 dem Schweißbrenner 9 den Schweißdraht 7 zu. Beim Kurzschluß der Drahtspitze 7a mit dem Basismetall 10 wird der Spannungsdetektor 15, der das Detektorsignal V erhält, betätigt, und das Signal a geht auf "Ein". Dieser "Ein"-Befehl wird über die Schaltbefehlsschaltung 12 dem Schaltelement 2 zugeführt, und ein Kurzschlußstrom wird der Brennerseite der Gleichstromquellenschaltung 1 zugeführt. Die Spitze der Drahtelektrode 7a brennt durch diesen Strom weg, so daß der Kurzschlußzustand aufgehoben wird und ein Lichtbogen entsteht. Dabei steigt die Detektorspannung V des Spannungsdetektors

an, und das Signal a des ersten Komparators 16 wird in "Aus"-Zustand versetzt. Dann wird der zweite Komparator betätigt, so daß sein Ausgang den "Ein"-Zustand annimmt. Dadurch wird der Bezugsimpulswellenformgenerator 432 betätigt, so daß die Bezugsimpulsstromwellenform I_n entsprechend der Drahtvorschubgeschwindigkeit ν abgegeben wird. Die Bezugsimpulsstromwellenform I_Q und ein Stromwert-(I) Signal, das der Stromdetektor 15 feststellt, werden dem dritten Komparator 424 zugeführt. Ist (Iq-I) positiv, gibt Komparator 424 ein "Ein"-Befehlssignal über den Schaltbefehlkreis 12 an das Schaltelement 2 ab. Istd.-I) negativ, liefert Komparator 4 24 das "Aus"-Befehlssignal über den Schaltbefehlskreis 12 an das Schaltelement 2. Durch diese Stromrückkopplungssteuerung in der Lichtbogenperiode kann die Stromwellenform, d.h. die Ladungsmenge Q (die dem schraffierten Teil in Fig. 11(a) entspricht) während der Lxchtbogendauer gesteuert werden.

Versuche haben gezeigt, daß durch eine bestimmte funkiona-Ie Beziehung zwischen der Größe der Ladung Q in der Lichtbogendauer und der Drahtvorschubgeschwindigkeit ν stets ein optimales Schweißraupenbild geliefert wird.

Fig. 12 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Drahtvorschubgeschwindigkeit ν und der Ladungsmenge Q in einem SP-Schweißverfahren, bei dem die Drahtelektrode gegenüber dem Basismetall eine negative Polarität besitzt. Optimale Schweißraupen werden erhalten, wenn Bedingungen gemäß der Kurve D vorliegen.
30

Die Größe der Ladungen Q während der Lichtbogendauer kann auf verschiedene Arten im Hinblick auf die Drahtvorschubgeschwindigkeit ν geändert werden. Diese Bewirkung läßt sich nämlich erzielen, indem die Impulsbreite τ der Bezugsimpulsstromwellenform I_Q, der Impulsscheitelstrom I_p,

I JZ /ö

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die Impulsstromdauer T oder die Gleichstromkomponente (Grundstrom) I im Teil (b) der Fig. 11 geändert werden.

Fig. 13 zeigt ein Diagramm einer Stromwellenform in einem Beispiel einer mit Kurzschluß und zwei Polaritäten arbeitenden Ubertrag-Lichtbogenschweißmaschine, bei der das technische Konzept der Erfindung eingesetzt wird. Auch bei diesem Beispiel wird dieselbe Wirkung erzielt, indem die Größe der Ladungen Q (schraffierter Bereich) gegenüber der Drahtvor-Schubgeschwindigkeit ν gesteuert wird.

Im oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel ist der zweite Komparator 17 so ausgebildet, daß nach Einsetzen des Lichtbogens der Referenzimpulswellenformgenerator in Betrieb geht. Derselbe Effekt läßt sich durch ein Verfahren erzielen, bei welchem der Komparator 17 nicht vorhanden ist, sondern statt dessen der Referenzimpulsstrom I„ ständig entsprechend der Drahtvorschubgeschwindigkeit abgegeben wird, so daß dann, wenn die Drahtelektrode 7a mit dem Basismetall einen Kurzschluß bildet, der Ausgang des .ersten Komparators 16 auf "Ein"-Zustand geht und der Kurzschlußstrom fließt.

Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, daß bei der vierten Ausführungsform der Erfindung die Ladungsmenge Q in der Lichtbogenperiode automatisch in der vorbestimmten funktionalen Beziehung zur Drahtvorschubgeschwindigkeit geändert wird, so daß das Schweißen automatisch ständig unter optimalen Schweißbedingungen abläuft, wenn auch die Drahtvor-Schubgeschwindigkeit sich ändert.

Fig. 14 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit dem dasselbe Ziel wie mit dem vierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 erreicht wird. In dieser Aus- . 5 führungsform wird die Änderung einer Durchschnittsschweiß-

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spannung rückgeführt, um die Ladungsmenge in einer Lichtbogenperiode zu steuern, damit die Schwierigkeit vermieden' wird, daß, wenn der Abstand zwischen der Drahtelektrode und dem Basismetall sich aufgrund von Vibrationen während des Schweißens ändert, die Wiederholungsfolge der Kurzschluß- und Lichtbogenbildung unregelmäßig wird und die Schweißnaht Fehler wie Lunker bekommt.

In Fig. 14 sind gleiche Teile mit denselben Bexugszcichen benannt wie in Fig. 10. Im einzelnen bezeichnen: 11 einen Stromdetektor; 523 einen Bezugsimpulswellenformgenerator, in dem eine Bezugsimpulswellenform I_n durch Drahtvorschubdaten bestimmt wird und die Betriebszeit durch einen zweiten Komparator 17 gesteuert wird; 424 einen Komparator, der den Detektorstromwert I des Stromdetektors 11 mit der Bezugsimpulsstromwellenform I„ vergleicht, um ein "Ein-Aus"-Befehlssignal an die Schaltbefehlsschaltung 2 entsprechend dem Vergleichsergebnis zu liefern; 525 eine Einstelleinheit für eine Bezugsdurchschnittsschweißspannung Vo, die der Schweißer nach den Schweißbedingungen einstellt; 526 einen Durchschnittsschweißspannungswandler für das Umwandeln der Detektorspannung V des Spannungsdetektors 15 in eine Durchschnittsschweißspannung V; 527 einen vierten Komparator, der die Bezugsdurchschnittsschweißspannung Vo mit der Durchschnittsschweißspannung V vergleicht und zur Korrektur der Bezugsimpulsstromwellenform I_Q an den Bezugsimpulswellen vom Generator 523 entsprechend der Differenzspannung (Vo - V) ein Signal abgibt.

Fig. 15(a) zeigt das Wellenformdiagramm des Schweißstroms I der vierten Ausführungsform, 15(b) das Wellenformdiagramm der Bezugsimpulsstromwellenform I_Q und 15(c) den Zeitverlauf des Ausgangssignals a des ersten Komparators 16.

Folgender Botriebsablauf ergibt: υ ich in <1cjr Schweiß ma rich I no nach Fig. 14.

Unter dor Bedingung, daß der Eingabeschalter (nicht gezeigt) der Gleichstromquellenschaltung 1 eingeschaltet ist, wird ein Kurzschluß zwischen dem Ende 7a der Drahtelektrode 7 und dem Basismetall 10 hergestellt. Die Detektorspannung V des Spannungsdetektors 15 ist darin wegen des Kurzschlusses niedriger als die Spannung Vo (V "= Vo) . Der erste Komparator 16 gibt deshalb über die Schaltbefehlsschaltung 12 ein "Ein"-Befehlssignal an das Schaltelement 2 und schließt es, so daß von der Gleichstromquellenschaltung 1 Strom in die Schaltung fließt. Dieser Strom fließt, bis die Spitze der Drahtelektrode 7 weggebrannt ist und ein Lichtbogen entsteht. Die Detektorspannung V des Spannungsdetektors 15 steigt dann vom Wert der Kurzschlußspannung auf die Lichtbogenspannung, woraufhin der Betrieb des ersten Komparators 16 aufhört und ein "Aus"-Befehlssignal der Schaltbefehlsschaltung 12 zugeführt wird. Rasch wird die Detektorspannung V größer als die Spannung Va, sobald der Lichtbogen auftritt (V - Va), so daß dann der zweite Komparator 17 ein Signal für den Betrieb des Bezugsimpulswellenformgenerators 523 aussendet. Dieser Generator 523 empfängt gleichzeitig ein Drahtvorschubgeschwindigkeitssignal ν vom Motor 8 und ein Wellenformkorrektürsignal vom vierten Komparator 527.

Wenn der Brenner 9 durch Schwingung oder dergleichen unter die vorgegebene Position kommt, kann, da der Vorheizeffekt am Ende dor Drahtelektrode 7 abnimmt, die Elektrode nach Einsetzen dau Lichtbogens mit dem Basismaterial in Berührung kommen. Als Folge davon wird die Kurzschlußdauer verkürzt, die Durchschnittsschweißspannung V der Detektorspannung nimmt ab, und außerdem ist die Lichtbogenfläche schmäler. Es steigt dadurch die Höhe der Schweißnaht. Wenn der Brenner veranlaßt wird, über .die eingestellte Position zu kommen, kann, da der Vorheizeffekt steigt, die Elektrode 7 nach Einsetzen des Lichtbogens geschmolzen werden, und es kann dann kaum der Kurzschluß auftreten. Dadurch wird die

Kurzschlußdauer erhöht, die Durchschnittsschweißspannung V wird vergrößert, und der Lichtbogenbereich wird erweitert. Dadurch nimmt die Höhe der Schweißnaht ab.

Da die Ladungsmenge Q während der Lichtbogendauer ansteigt, nimmt die Kurzschlußdauer zu. Nimmt dagegen die Ladungsmenge Q ab, nimmt auch die Kurzschlußdauer ab.

Im vierten Komparator 527 wird die Durchschnittsschweißspannung V vom Wandler 526 mit der Bezugsdurchschnittsschweiß spannung Vo verglichen. Ist die Differenzspannung (Vo - V) positiv, gibt der Komparator 527 ein Signal zur Steigerung der Impulsbreite τ der Bezugsimpulsstromwellenform in Fig. 15(b) an den Bezugsimpulswellenformgenerator 523 ab. Ist die Differenzspannung negativ, gibt der Komparator 527 ein Signal zur Erhöhung der Impulsbreite an den Bezugsimpulswellenformgenerator 523 ab. Letzterer liefert dem dritten Komparator 424 eine Signalform Iq, die durch Korrektur der Breite τ der Bezugsimpulswellenform I_Q, welche entsprechend der Drahtvorschubgeschwindigkeit ν ausgewählt ist, erhalten wird. Im dritten Komparator 424 wird die Bezugsimpulsstromwellenform Iq mit dem Detektorstromwert I des Stromdetektors 11 verglichen. Ist I > I_Q, erhält die Schaltbefehlsschaltung 12 einen "Aus"-Befehl. Bei I <_ Iq bekommt die Schaltung 12 vom Komparator 424 einen "Ein"-Befehl. Die Schaltbefehlsschaltung 12, die das Signal a vom ersten Komparator 16 und das Signal vom dritten Komparator 424 aufnimmt, gibt das "Ein-Aus"-Befehlssignal ab.

In der beschriebenen Schweißmaschine wird die Ladungsmenge im Strom, der in der Lichtbogenperiode fließt, gemäß der Drahtvorschubgeschwindigkeit ν geändert, und die Breite τ der Stromwellenform wird so korrigiert, daß die Durchschnittsschweißspannung V den vorgegebenen Bezugsdurchschnittswert annimmt. Auch wenn also der Schweißbrenner ver-

^ IJZ/ Ö

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tikal schwingt, wird die Schweißung mit stets konstanter Kurzschlußdauer ausgeführt, so daß die mit den Schwingungen oder Vibrationen verbundenen Auswirkungen unterdrückt sind.
5

Während der Lichtbogendauer werden die Drahtelektrode und da« n«i.⁽5i£äinot:all erhitzt und geschmolzen, und der Schweißdraht 7 wird vom Drahtvorschubmotor 8 dem Schweißbrenner zugeführt. Das Ende 7a der Drahtelektrode 7 bildet mit dem.

Basismetall 10 einen Kurzschluß, woraufhin der erste Komparator 16 so betätigt wird, daß ein "Ein"-Befehl an die Schaltbefehlsschaltung 12 geliefert wird. Das Schaltelement 2 schließt dann bis zur Bildung des nächsten Lichtbogens, so daß Strom zugeführt und geschmolzenes Material der Drahtelektrode auf das Basismetall übertragen wird.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die während der Lichtbogendauer auftretende Ladungsmenge Q mit Hilfe der Impulsbreite der Bezugsimpulsstromwellenform korrigiert. Derselbe Effekt läßt sich jedoch auch durch Korrektur von wenigstens einer der Größen der Bezugsimpulsstromwellenf orm-Impulsbreite, des Scheitelstroms I_p und der Impulsdauer T und dem Grund-oder Basisstrom I_ß erreichen.

Claims

36 704

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo / JAPAN
5

Mit Kurzschluß arbeitende Lichtbogen-Übertragschweiß· machine

Patentansprüche

Mit Kurzschluß arbeitende Lichtbogen-Übertragschweißfaschine,

gekennzeichnet durch eine auf ein Basismetall (10) hin vorschiebbare Drahtelektrode (7), eine Gleichstromquelle (1) zum Anlegen einer Spannung zwischen Basismetall (10) und Drahtelektrode (7), ein Schaltelement (2) zum Unterbrechen der Spannung zwischen Basismetall (10) und Drahtelektrode (7), einen Spannungsdetektor (15), der die zwischen Basismetall und Drahtelektrode auftretende Spannung erfaßt, einen ersten Komparator (16) für die Bestimmung, wann die vom Spannungsdetektor

(15) abgegebene Spannung einen Wert annimmt, der der Kurzschlußspannung zwischen Basismetall und Drahtelektrode entspricht, einen zweiten Komparator (17) zum Bestimmen, wann die Spannung des Detektors den Wert einer Lichtbogenentladungsspannung annimmt, und Schaltelement-Steuermittel (12) zum Schließen des Schaltelementes (2) in Abhängigkeit von einem Signal des ersten Komparators (16) und öffnen des Schaltelementes (2) in Abhängigkeit von einem Signal des zweiten Komparators (17) oder einem Signal, das durch Verzögern des Signals vom zweiten Komparator um eine bestimmte Zeitspanne erhalten wird.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Drahtelektrode (7) durch einen Drahtvorschubmotor (8) vorschiebbar ist. 5
3. Maschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Durchschnittsspannungsumsetzer (19), der die vom Spannungsdetektor (15) festgestellte Spannung in einen Durchschnittspannungswert umsetzt.
4. Maschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (18), die die Verzögerungszeitspanne für das vom zweiten Komparator (17) kommende Signal entsprechend der Drahtvorschubgeschwindigkeit des Drahtvorschubmotors (8) und der Durchschnittsschweißspannung vom Durchschnittsspannungsumsetzer (19) steuert.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (18) ein Zeitsteuerglied ist.
6. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hilfsenergiequelle (5), die einen Gleichstrom zuführt, um den Schweißlichtbogen zwischen Basismetall (10) und Drahtelektrode (7) aufrechtzuerhalten.
7. Maschine nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen Basismetall (10) und Drahtelektrode (7) ein Zirkulationselement (4) eingefügt ist.
8. Maschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Zirkulationselement (7) eine Schwungraddiode ist. 10
9. Maschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Schaltelement (2) ein Transistor ist. 15
10. Mit Kurzschluß arbeitende Übertrag-Lichtbogenschweißmaschine,

gekennzeichnet durch eine auf ein Basismetall (10) hingeförderte Drahtelektrode (7), eine Gleichstromquelle (2) zum Anlegen einer Spannung zwischen Basismetall (10) und Drahtelektrode (7), eine Schalteinrichtung (2) zum Unterbrechen der Spannungszufuhr zu Drahtelektrode und Basismetall, einen Spannungsdetektor (15), der die zwischen Drahtelektrode (7) und Basismetall auftretende Spannung erfaßt, einen ersten Komparator (16), der feststellt, wann der von dem Spannungsdetektor (15) festgestellte Spannungswert einem Kurzschluß zwischen Basismetall und Drahtelektrode entspricht, einen zweiten Komparator (17), der feststellt, wann die vom Spannungsdetektor (15) festgestellte Spannung eine Lichtbogenentladespannung ist, Schalteinrichtungssteuermittel (12) zum Schließen der Schalteinrichtung auf ein Signal des ersten Komparators (16) und öffnen.der Schalteinrichtung (2) auf ein Signal des zweiten Komparators (17) oder ein gegenüber dem zwei-

ten Komparator um eine bestimmte Zeitspanne verzögertes . Signal hin, und einen Polaritätsumschaltmechanismus (25)/ der in vorbestimmter Folge die Polarität der der Drahtelektrode und dem Basismetall von der Gleichstromquells . zugeführten Gleichspannung umkehrt.
11. Maschine nach Anspruch.10,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Polaritätsumkehrmechanismus Mittel zum Steuern der Polaritätsfolge gemäß der Eindringtiefe der Drahtelektrode oder der Auftragstärke der Schweißnaht aufweist, wobei in der Polaritätsfolge die Polarität der Drahtelektrode gegenüber dem Basismetall positiv oder negativ wird.
12. Maschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß dor Polaritätsumschaltmochanismus die Folge als Zeitrate der positiven oder negativen Polarität der Drahtelektrode gegenüber dem Basismetall vorgibt.
13. Maschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Polaritätsumschaltmechanismus die Rate der positiven oder negativen Polarität der Drahtelektrode gegenüber dem Basismetall als eine Anzahl von Kurzschlußphasen zwischen Drahtelektrode und Basismetall vorgibt. 30
14. Maschine nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Anzahl der Kurzschlußphasen durch einen Zähler ge-5 zählt wird, der vom ersten Komparator ein Zählsignal zugeführt erhält.
15. Maschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Polaritätswechselmechanismus die Rate, in der die Polarität der Drahtelektrode gegenüber dem Basismetall positiv oder negativ ist, durch Verwendung einer Folge von Ladungsmengen während der Lichtbogendauer vorgibt.
16. Maschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schalteinrichtung (2) eine Inverterschaltung zum Variieren der Impulsbreite und Polarität des Schweißstroms enthält.
17. Maschine nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Inverterschaltung zahlreiche Leistungstransistoren (261 bis 264) enthält, die durch Steuermittel (301, 302) geöffnet und geschlossen werden.
18. Maschine nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuermittel zum öffnen und Schließen des Inverters ein Signal vom Polaritätsumkehrmechanismus empfangen.
19. Mit Kurzschluß arbeitende Übertrag-Lichtbogenschweißmaschine,

gekennzeichnet durch eine in Richtung auf Basismetall (10) vorschiebbare Drahtelektrode, eine Gleichspannungsquelle (1) zum Anlegen einer Spannung zwischen Drahtelektrode und Basismetall, eine Inverterschaltung zum Steuern des durch Drahtelektrode und Ba-

sismetall fließenden, Schweißstroms, so daß Impulsbreite und Polarität des Stroms änderbar sind, einen Spannungsdetektor (15), der die zwischen Basismetall und Dralltelektrodo auftretende Spannung feststellt, einen ersten Komparator (16) zur Bestimmung, wann die vom Detektor (15) erfaßte Spannung einen dem Kurzschluß zwischen Basismetall und Drahtelektrode entsprechenden Wert hat, einen zweiten Komparator (17), der bestimmt, wann die vom Spannungsdetektor erfaßte Spannung eine Lichtbogenspannung ist, einen Schweißstromdetektor (11), der den Schweißstrom erfaßt, Mittel zum Vorgeben einer Bezugsimpulsstromwellenform entsprechend einer vorgegebenen Lichtbogenlänge und Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Mittel zum Einstellen eines Verhältnisses von zugeführten Schweißstromwerten in Vorwärts- und Rückwärtspolarität und Steuermittel (12), die die Zuführung von Schweißstrom aufgrund eines Signals vom ersten Komparator (16) und die Unterbrechung der Schweißstromzufuhr aufgrund eines Signals vom zweiten Komparator (17) oder eines gegenüber diesem um eine bestimmte Zeitspanne verzögerten Signals bewirken, wobei die Steuermittel den vom Schweißstromdetektor (11) ermittelten Schweißstrom mit einer Bezugsimpulsstromwellenform vergleichen, so daß beide übereinstimmen, und die Inverterschaltung so steuern, daß das Verhältnis des in Vorwärtspolarität zugeführten Schweißstroms zum zugeführten Schweißstrom mit Rückwärtspolarität dem eingestellten Verhältniswert entspricht.
20. Maschine nach Anspruch 19,

gekennzeichnet durch

Korrekturmittel zum Einstellen der Bezugsimpulsstromwellenform entsprechend der Drahtelektrodenvorschubgeschwindigkeit und zur entsprechenden Verminderung oder Erhöhung der Impulsbreite der Bezugsimpulsstromwellenform, wenn ein Durchschnittsausgangsspannungswert des Spannungsdetektors erhöht oder vermindert ist.

• ·
21. Maschine nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,

daß Lichtbogenlänge und Drahtelektrodengeschwindigkeit durch Einstelldrehknöpfe (201 , 202) einstellbar sind. 5
22. Mit Kurzschluß arbeitende Übertrag-Lichtbogenschweißmaschine ,

gekennzeichnet durch eine in Richtung auf ein Basismetall (10) vorschiebbare Drahtelektrode (7), eine Gleichstromquelle (1) zum Anlegen einer Spannung zwischen das Basismetäll und die Drahtelektrode, eine Schalteinrichtung (2) zum Unterbrechen der Span-· nungszufuhr zu Basismetall und Drahtelektrode, einen Spannungsdetektor (15), der die zwischen Basismetall und Drahtelektrode herrschende Spannung erfaßt, einen ersten Komparator (16) zur Bestimmung, wann die vom Spannungsdetektor (15) erfaßte Spannung einen Wert hat, der dem Kurzschluß zwischen Basismetall und Drahtelektrode entspricht, einen zwei-· ten Komparator (17) zur Bestimmung, wann die vom Spannungsdetektor (15) erfaßte Spannung einer Lichtbogenspannung gleichkommt, einen Bezugsimpulswellenformgenerator zum Erzeugen einer Bezugsimpulsstromwellenform entsprechend Drahtvorschubgeschwindigkeit und einem vom zweiten Komparator empfangenen Signal, einen Schweißstromdetektor, der den Schweißstrom ermittelt, einen dritten Komparator für den Vergleich des vom Schweißstromdetektor ermittelten Schweißstroms mit dem Bezugsimpulsstrom zur Bildung eines Steuersignals, und Steuermitteln zum Steuern der öffnungs- und Schließvorgänge der Schalteinrichtung (2).
23. Maschine nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Hilfsenergiequelle (5) einen Gleichstrom zum Auf-

321327'δ

rechterhalten des Schweißlichtbogens zwischen dem Basismetall und der Drahtelektrode liefert.
24. Maschine nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Drahtvorschubgeschwindigkeit aus der Drehzahl des Drahtvorschubmotors (8) bestimmt wird.
25. Maschine nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,

daß durch überlagerung eines ΙιηρμίΞΒ^οϊηβ von der Gleichstromquelle (1) und eines Grundstroms (I_ß) und der Hilfsenergiequelle (5) ein Lichtbogenentladungsstrom zwischen Drahtelektrode (7) und Basismetall (10) erhalten wird, und die Bezugsimpulsstromwellenform durch Einstellen wenigstens eines der Werte von Grundstrom (·Ι_β) , Dauer (T) , Impulsbreite (τ) oder Scheitelwert (I_p) des Impulsstroms eingestellt wird.
26. Mit Kurzschluß arbeitende Übertrag-Lichtbogenschweißmaschine,

gekennzeichnet durch eine in Richtung auf ein Basismetall (10) vorschiebbare Drahtelektrode (7), eine Gleichstromquelle (1) zum Anlegen einer Spannung zwischen Basismetall und Drahtelektrode, eine Schalteinrichtung (2) für das Unterbrechen der zwisehen Basismetall und Drahtelektrode angelegten Spannung, einen Spannungsdetektor (15), der die zwischen Basismetall und Drahtelektrode auftretende Spannung erfaßt, einen ersten Komparator (16) zum Bestimmen, wann die festgestellte Spannung des Spannungsdetektor (15) einen dem Kurzschluß-5 zustand zwischen Basismetall und Drahtelektrode entspre-

chenden Wert annimmt, einen zweiten Komparator (17) zur Bestimmung, wann die vom Spannungsdetektor (15) ermittelte Spannung eine Lichtbogenspannung ist, einen Durchschnittsspannungsumsetzer (19) zum Umsetzen der ermittelten Spannung des Spannungsdetektors (15) in eine Durchschnittsspannung, einen vierten Komparator zum Vergleich eines vorgegebenen Durchschnitts-Schwoißspannungswortos mit einem Signal vom Durchschnittspannungsumsetzer (19) zur Bildung eines Steuersignals, einen Bezugsimpulswellenformgenerator zur Erzeugung einer Bezugsimpulsstromwellenform gemäß den vom zweiten und vierten Komparator erhaltenen Signalen, einen Schweißstromdetektor zum Erfassen des Schweißstroms, einen dritten Komparator für den Vergleich eines vom Schweißstromdetektor erfaßten Stromwertes mit dem Bezugsimpulsstrom zur Bildung eines Steuersignals und Steuermitteln zum Steuern des öffnens und Schließens der Schalteinrichtung (2) gemäß den Signalen vom ersten und dritten Komparator.
27. Maschine nach Anspruch 26,

gekennzeichnet durch

eine Hilfsstromquelle zum Zuführen eines Gleichstroms für die Aufrechterhaltung des Schweißlichtbogens zwischen Basismetall und Drahtelektrode.
28. Maschine nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Lichtbogenentladungsstrom zwischen Drahtelektrode und Basismetall durch überlagerung eines Impulsstroms von der Gleichstromquelle über einen Grundstrom (I_ß) von der Hilfsenergiequelle (5) gebildet ist, und daß die Bezugsimpulsstromwellenform durch Einstellen wenigstens eines der Werte von Grundstrom (I_ß)/ Dauer (T), Impulsbreite (τ) und Scheitelwert (I_p) des Impulsstroms steuerbar ist.