DE3220590A1 - Gleichstromlichtbogenschweissmaschine - Google Patents
GleichstromlichtbogenschweissmaschineInfo
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- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Description
-3-
MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo / JAPAN
Gleichstromlichtbogenschweißmaschine .
Die Erfindung betrifft eine Gleichstromlichtbogenschweißmas chine, insbesondere ein verbessertes Verfahren
zum Steuern des einer Gleichstromlichtbogenschweißmaschine zugeführten Stroms.
Das in der Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild einer herkömmlichen Gleichstromlichtbogenschweißeinrichtung
bezeichnet mit 1 eine sich verbrauchende Schweißelektrode (nachfolgend als Draht bezeichnet), mit zwei
einen Lichtbogen, mit 3 ein Werkstück, mit 4 eine Gleichstromspeisung einschließlich Schweißtransformator,
mit 5 ein Schaltelement zum Steuern des von der Gleichstromspeisung dem Lichtbogen 2 zugeführten
Stroms, mit 6 eine Treiberschaltung für das Schaltelement 5, mit 7 einen Stellwiderstand zum Steuern des
Drahtvorschubs, an welchem eine bestimmte Spannung anliegt, mit 8 einen Motorsteuerkreis, von dem ein
Motor nach Maßgabe des Wertes gesteuert wird, der am Stellwiderstand 7 eingestellt ist, und mit 8.einen
Drahtvorschubmotor. 10 ist eine Antriebsrolle, die vom Drahtvorschubmotor 9 für den Vorschub des Drahtes
1 auf das Werkstück 3 angetrieben wird, und 11 ein Einstellschaltkreis für den Schweißarbeitsstrom, mit
-4-
dessen Hilfe der über den Lichtbogen fließende Schweißstrom
nach Maßgabe des Einstellwertes des Stellwider-Standes 7 gesteuert wird. Eine Kurzschlußdetektorschaltung
12 kann zwischen dem Schweißdraht 1 und dem Werkstück 3 einen Kurzschluß feststellen, und eine
Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 führt dem.Schweißdraht auf Befehl von der Kurzschlußdetektorschaltung
12 einen großen Kurzschlußstrom zu und führt außerdem
einen großen Strom während einer unmittelbar auf die Beseitigung des Kurzschlusses folgenden Dauer zu.
Eine Auswahlschaltung 14 unterscheidet gemäß einem Befehl von der Kurzschlußdetektorschaltung 12 den
durch den Einstellkreis für den Schweißstrom 11 vorgegebenen Wert von dem durch den Kurzschlußstromeinsteller
14 vorgegebenen Wert. Ein Stromdetektorelement 15 dient dazu, den Schweißstrom festzustellen, und
eine Stromsteuerung 16 steuert den Ausgangsstrom gemäß einem Rückkopplungssignal vom Stromdetektorelement
15 und einem Einstellsignal von der Auswahlschaltung 14. Mit 17 ist eine Leerlaufdiode bezeichnet.
Bei einem Schweißvorgang, bei dem der Schweißdraht automatisch in Richtung auf das Werkstück 3 gefördert
wird, wird die dem Werkstück 3 zugeführte Wärmemenge möglichst klein gehalten. Um dies zu. erreichen, wird
die Länge des Lichtbogens 2 klein gehalten. Wenn der Draht 1 das Werkstück 3 berührt, wird die Schmelzperle
an der Spitze des Drahtes 1 auf das Werkstück > 3 übertragen, so daß ein Lichtbogen zwischen Draht
und Werkstück entsteht, und dann werden Draht und Werkstück kurzgeschlossen, um den Lichtbogen hervorzurufen. Dieses Schweißverfahren, das auf einem
zyklischen Entstehen von Kurzschlüssen und Lichtbogen beruht, wird als Kurzschlußübertragungsschweißung
bezeichnet. Fig. 1 zeigt somit ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Gleichstromlichtbogenschweißmaschine,
mit der die Kurzschlußübertragungsschweißung durchgeführt wird.
Fig. 2 zeigt den Stromverlauf des Schweißstroms der Schweißmaschine nach Fig. 1. In horizontaler Richtung
ist die Zeit, in vertikaler Richtung der Strom aufgetragen. In der Zeitspanne Ts sind Draht 1 und Werkstück
3 kurzgeschlossen, wobei der Schweißstrom dann ansteigt, In der unmittelbar anschließenden Zeitspanne Ta1 ist
der Kurzschluß aufgehoben, und zwischen Drahtelektrode 1 und Werkstück 3 entwickelt sich der Schweißlichtbogen/
dessen Strom dabei abfällt. In der Zeitspanne Ta2 wird zwischen Drahtelektrode 1 und Werkstück 3
der Lichtbogen aufrechterhalten, jedoch mit einem konstanten Stromwert IB.
Der Schweißvorgang beginnt durch Vorschieben des
Drahtes gegen das Werkstück 3. Die Drahtvorschubgeschwindigkeit
wird durch die Anzahl von Umdrehungen des Motors 9 gesteuert, der wiederum durch den Stellwiderstand
7 gesteuert wird. Über diesen Stellwiderstand 7 ist also die Vorschubgeschwindigkeit steuerbar.
Die Größe des Schweißstroms läßt sich durch die Stromsteuerschaltung 16 regulieren, welche ein Rückkopplungssignal
ef von einem Stromdetektorelement 15 mit einem Stromvorgabesignal ei vergleicht und an
die Treiberschaltung 6 zwei Signalwerte H bzw. L abgibt.
Die Treiberschaltung 6 gibt an das Schaltelement 5 in Abhängigkeit von den Signalen H und L ein Treibersignal
ab. Wenn das Schaltelement 5 leitend ist, fließt von der Gleichstromspeisung 4 über einen das
Schaltelement 5, den Schweißdraht 1, den Lichtbogen
ψ *
* ti m # η «ν
-6-
und das Werkstück 3 sowie das Stromdetektorelement enthaltenden Pfad der Schweißstrom dann zurück zur
Gleichstromspeisung 4. Wenn das Schaltelement 5 sperrt/ sorgt ein Stromverzögerungsfaktor (nicht gezeigt)
in der Schaltung dafür, daß der Schweißstrom über einen Pfad fließt, in dem sich die Leerlaufdiode
17, der Schweißdraht 1, der Lichtbogen 2, das Werkstück 3 und das Stromelement 15 befinden, so daß
der Schweißstrom niemals unmittelbar nach dem Sperren des Schaltelementes 5 zu Null wird. Der Lichtbogen
erhält also ständig einen Strom, dem das Schaltelement 5 dauernd zwischen leitendem und gesperrtem Zustand
mit vorgegebener Geschwindigkeit und unter Verwendung der Rückkopplungssteuerung für den Schweißstrom hin-
und herschaltet.
Die Punktion der Auswahlschaltung 14 besteht darin, der Stromsteuerschaltung 16 entweder ein Stromvorgabesignal
e. von der Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 oder ein Stromvorgabesignal e. von der Schweiß-Stromeinstellschaltung
11 in Abhängigkeit von einem Befehl von der Kurzschlußdetektorschaltung 12 zuzuführen.
Wenn der Schweißdraht und das Werkstück kurzgeschlossen sind, bewirkt ein Befehl von der
Kurzschlußdetektorschaltung 12, daß die Auswahlschaltung 14 an die Stromsteuerschaltung 16 das Stromvorgabesignal
e. als Signal ei an die Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 abgibt. Die Stromsteuerschaltung·
16 vergleicht ein Rückkopplungssignal ef vom Stromdetektorelement 15 mit dem Signal ei von der Auswahlschaltung
14 und gibt H-oder L-Signal an die Treiberschaltung 6 ab. Die Treiberschaltung 6 verstärkt das
H-oder L-Signal von der Strorasteuerschaltung 16 und
bewirkt Ein- oder Ausschalten des Schaltelementes 5
in Abhängigkeit von den verstärkten Signalen.
Ein Schmelztropfen an der Spitze des Schweißdrahtes wird auf das Werkstück übertragen, und der Kurzschluß
ist damit beseitigt. Wenn der Kurzschluß zwischen Schweißdraht und Werkstück aufgehoben ist, gibt die
Kurzschlußdetektorschaltung 12 ein dieses Aufheben des Kurzschlusses anzeigendes Signal e. sowohl an
die Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 als auch an
. .· die Auswahlschaltung 14 während einer bestimmten Dauer
(während der Dauer Ta1 in Fig. 2). Die Kurzschlußstromeinstellschaltung
13 gibt dann ein Kurzschlußstromeinstellsignal e. ab, das bewirkt, daß der
große Kurzschlußstrom unmittelbar nach Beendigung des Kurzschlusses auf einen relativ kleinen Schweißstrom
IB geändert wird, ohne daß der zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück vorhandene Lichtbogen
erlischt. Während des Zugangs des Kurzschlußaufhebe-
signals e. von der Kurzschlußdetektorschaltung 12 xs
gibt die Auswahlschaltung 14 ein Kurzschlußeinstellsignal e. von der Einstellschaltung 13 an die Stromsteuerschaltung
16 als Signal ei ab, wodurch der Schweißstrom vom großen Kurzschlußstrom auf den relativ
kleinen Schweißstrom IB übergeht, ohne daß der zwischen Draht und Werkstück bestehende Lichtbogen
erlischt. In der nachfolgenden Phase (Periode Ta2 in Fig. 2) bis abermals zwischen Draht und Werkstück
ein Kurzschluß auftritt, bleibt die Kurzschlußdetektorschaltung 12 abgeschaltet, so daß die Auswahlschaltung
14 das Kurzschlußstromeinstellsignal e. von der Kurzschlußstromeinstellschaltung
13 abschaltet und das Basisstromvorgabesignal e. von der Einstellschaltung
la
für den Schweißstrcm 11 als Signal ei an die Stromsteuerschaltung
16 führt. Damit bleibt der Schweißstrom
während der Dauer Ta2 auf einem konstanten Wert IB.
Eine Lichtbogenschweißeinrichtung mit einem Schaltungsaufbau gemäß Fig. 1 kann mit einer sich verbrauchenden
Elektrode unter Verwendung einer Energiequelle mit Konstanzstromcharakteristik arbeiten. Wenn andererseits
die Dauer/ in der der Lichtbogen zwischen Drahtelektrode und Werkstück ansteigt, größer wird, steigt entsprechend
die Dauer Ta2 an, und die Steuerung des Schweißstromes IB mit dem Stellwiderstand 7 allein
ist für die Erzeugung eines kontinuierlichen Schweißvorganges nicht mehr brauchbar, da im Vergleich zur
Drahtvorschubgeschwindigkeit weniger Draht abgeschmolzen wird. Daraus ergibt sich, daß ein herkömmliches
Gleichstromlichtbogenschweißgerät eine gleichmäßige Schweißung nur innerhalb eines begrenzten Bereichs
der Drahtvorschubgeschwindigkeit ausführen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend genannten Mangel herkömmlicher Gleichstromlichtbogenschweißmaschinen
zu überwinden, so daß es primär Zweck der Erfindung ist, eine Gleichstromlichtbogenschweißmaschine
zu schaffen, die innerhalb eines üblicherweise eingesetzten Bereichs von Drahtvorschubgeschwindigkeiten
einen kontinuierlichen Schweißvorgang ermöglicht, indem ein Schweißstrom zugeführt wird,
der der Summe aus dem Basisstrom-Vorgabesignal e., und einem Kurzschlußstromvorgabesignal e. innerhalb ·
2.S
der Periode entspricht, während der Draht und Werkstück kurzgeschlossen sind (Ts in Fig. 2) und der
anschließenden Periode, die unmittelbar auf die Aufhebung des Kurzschlusses folgt (Ta1 in Fig. 2).
35
Die nähere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
Im einzelnen zeigt die Zeichnung:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer herkömmlichen
Gleichstromlichtbogenschweißmaschine;
Fig. 2 den Zeitverlauf des Schweißstroms in der Maschine nach Fig. 1;
Fig. 3 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Gleichstromlichtbogenschweißmaschine
nach der Erfindung; und
Fig. 4 den zeitlichen Stromverlauf des von der
Qleichstromlichtbogenschweißmaschine nach
Fig. 3 hervorgebrachten Schweißstroms.
Die Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der Fig. 3 und 4. Das Schaltbild der Fig. 3, das in weiten
Teilen dem Schaltbild der Fig. 1 entspricht, enthält ein Addierglied 18/ das aus Basisstromvorgabesignal
nc e,, und Kurzschlußstromvorgabesignal e. eine Summe
bildet, wobei die Kürzschlußdetektorschaltung 19, die
sich von der Kürzschlußdetektorschaltung 12 der Fig. unterscheidet, die Signalerzeugung, welche einen
Kurzschluß anzeigt, beibehält, während der Schweiß-
QQ draht 1 und das Werkstück 3 miteinander kurzgeschlossen
sind, während sie dauerhaft ein Signal abgibt, das dann, wenn kein Kurzschluß vorhanden ist,
dies auch anzeigt, wobei diese beiden Signale einem Kurzschlußstromeinstellkreis 20 zugeführt werden.
gg Im übrigen sind die mit denselben Vorzeichen gekennzeichneten
Baugruppen der Fig. 4 mit denen der Fig.
gleich. In der Fig. 4 ist der durch die Schaltung der Fig. 3 erzeugte Schweißstrom in seinem zeitlichen Verlauf
dargestellt.
In der Zeit, wenn der Lichtbogen zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück erzeugt wird (Ta2 in Fig. 4
mit Ausschluß der unmittelbar an die Beendigung
IQ eines Kurzschlusses folgenden Zeit) arbeitet die
Schweißmaschine der Fig. 3 in derselben Weise wie die Schweißmaschine in der Fig. 1 in der Zeitdauer Ta2 in
Fig. 2. Wenn der Schweißdraht und das Werkstück kurzgeschlossen sind, stellt der Kurzschlußdetektorkreis
19 dies fest und gibt ein Kurzschlußsignal an den Kurzschlußstromeinsteilkreis 20. Dieser erzeugt ein
Kurzschlußvorgabesignal e. , das entsprechend dem Kurzschlußsignal ansteigt, und führt es dem Addierglied
zu. Das Addierglied bildet die Summe aus dem Basisstromvorgabesignal e., , das ihm zugeführt wird,
und dem Kurzschlußstromvorgabesignal e.„ und gibt
X ο
das Summensignal (e., + e. ) an die Stromsteuer-
XO χ S
schaltung 16. Fig. 4 zeigt, daß der Schweißstrom dann stetig vom Wert IB, welcher während des Lichtbogens
zwischen Draht und Werkstück fließt, ansteigt. Wenn der Kurzschluß zwischen Drahtelektrode und Werkstück aufgehoben
ist, wird dies von der Kurzschlußdetektorschaltung 19 festgestellt, wobei dann das Kurzschlußsignal
beendet wird. Die Kurzschlußeinstellschaltung 20 gibt nun ein Kurzschlußstromvorgabesignal e. ', das
XS
von dem unmittelbar vor Abbruch des Kurzschlußsignals aufgetretenen Wert allmählich absinkt und nach einer
bestimmten Zeit (Ta1 in Fig. 4) Null wird. Das Kurzschlußstromvorgabesignal e. wird dem Addierglied
X S .
zugeleitet. Dieses erzeugt aus Basisstromvorgabesignal e., und Kurzschlußstromvorgabesignal e. ' eine Summe
und führt dieses Summensignal der Stromsteuerschaltung
16 als Stromvorgabesignal zu. Daraus folgt, daß der Schweißstrom vom in Fig. 4 gezeigten Spitzenwert
schließlich auf den Endwert IB allmählich abnimmt. Mit anderen Worten, das Basisstromvorgabesignal, das
über den Stellwiderstand 7 eingestellt wird, wird dem Stromvorgabesignal nicht nur während der Kurzschlußdauer
(Ts in Fig. 4), sondern auch während der Lichtbogendauer (Ta1 in Fig. 4), die sich unmittelbar
an das Ende des Kurzschlußzustandes anschließt, zugeführt
.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Konstantdrahtvorschubgeschwindigkeit angenommen worden,
doch kann diese unter Verwendung der Lichtbogenspannung auch durch ein Rückkopplungssignal beeinflußt werden.
Ferner ist nur ein einziger Stellwiderstand 7 sowohl für die Verstellung der Drahtvorschubgeschwindigkeit
als auch des Basisstroms vorgesehen. Statt dessen können aber auch zwei Stellwiderstände für jeweils
getrennte Einstellvorgänge vorgesehen sein oder eine Schaltung, in der zwei Stellwiderstände enthalten
sind, wobei mit einem Drahtvorschubgeschwindigkeit und Basisstrom eingestellt werden und der zweite
für eine Feinabstimmung der Drahtvorschubgeschwindigkeit oder des Basisstroms dient.
Wie oben beschrieben, verwendet die Gleichstromlicht- ■
bogenschweißmaschine nach der Erfindung die Summe aus Basisstromvorgabesignal und Kurzschlußstromvorgabesignal
zum Steuern des Schweißstroms sowohl während der Kurzschlußdauer als auch in der sich unmittelbar
an die Aufhebung des Kurzschlusses anschließenden Phase, so daß mit der Schweißmaschine ein kontinuier-
ir t# Wn* · · V» * * *
-12-
licher Schweißvorgang innerhalb des gewöhnlich eingesetzten
Bereichs von Drahtvorschubgeschwindigkeiten möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß
die erforderliche Steuerschaltung zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Claims (4)
- MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo / JAPANGleichstromlichtbogenschweißmaschinePatentansprücheGleichstromlichtbogenschweißmaschine, bei der einem Werkstück eine sich aufbrauchende Elektrode gegenübergestellt ist, mit einer Energiezuführung für -das Zuführen eines Schweißstroms zwischen Elektrode und Werkstück, einem Schaltelement, das zur Steuerung des Schweißstroms die Ausgangsgröße der Energiezuführung steuert, einer Kurzschlußdetektorschaltung, die zwisehen Elektrode und Werkstück eingefügt ist und einen Kurzschluß zwischen diesen beiden feststellt, einer Basisstromeinstellschaltung zum Erzeugen eines Signals für die Zuführung eines konstanten Basisstroms zwischen Elektrode und Werkstück und einer Kurzschlußstromeinstellschaltung, die mit der Kurzschlußdetektorschaltung verbunden ist und bei Empfang eines Signals von dieser, das einen Kurzschluß anzeigt, einen Strom zuführt, der größer als der durch die Basisstromeinstellschaltung vorgegebene Schweißstrom ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Addierglied (18) sowohl mit der Basisstromeinstellschaltung (11) als auch mit der Kurzschluß-W * · ft «stromeinstellschaltung (20) verbunden ist und aus den Ausgangswerten dieser beiden Schaltungen (11, 20) eine Summe bildet, und daß eine Schweißstromsteuerschaltung (16), deren Eingang mit dem Ausgang des Addiergliedes (18) verbunden ist, das Schaltelement (5) gemäß dem ihr vom Addierglied (18) zugeführten Signal steuert. - 2. Schweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kurzschlußdetektorschaltung ständig ein Signal erzeugt, welches bei Kurzschluß zwischen Werkstück (3) und Drahtelektrode (1) den Kurzschluß anzeigt, und. . ein Signal erzeugt, das das Fehlen des Kurzschlusses anzeigt, wenn kein Kurzschluß vorhanden ist.
- 3. Schweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß die Kurzschlußstromeinstellschaltung (20) aufgrund eines einen Kurzschluß anzeigenden Signals ein Signal für einen allmählichen Stromanstieg abgibt und aufgrund eines die Beendigung des Kurzschlusses anzeigenden Signals ein Signal erzeugt, das eine allmähliche Stromabnahme zur Folge hat.
- 4. Schweißmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Kurzschluß- stromeinstellschaltung ein Signal abgibt, das innerhalb einer Zeitspanne auf Null absinkt, die nicht länger als die Zeitspanne ist, die zwischen der Beseitigung des Kurzschlusses und dem Auftreten des nächsten Kurzschlusses verstreicht.
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