DE3637641A1

DE3637641A1 - Einrichtung zum lichtbogenschweissen mit wechselstrom und abschmelzender elektrode

Info

Publication number: DE3637641A1
Application number: DE19863637641
Authority: DE
Inventors: Igor Ivanovic Zaruba; Vladimir Vasilievic Dymenko; Viktor Ivanovic Bolotko
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-05
Publication date: 1988-05-11
Also published as: US4692585A

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Lichtbogen schweißung, insbesondere Einrichtungen zum Lichtbogenschwei ßen mit Wechselstrom und abschmelzender Elektrode.

Die Erfindung kann bei mechanisierter und Handschwei ßung von Stählen und ihren Legierungen mit abschmelzender Elektrode benutzt werden.

Beim Schweißen mit Wechselstrom ist bekanntlich ein Kurzschluß der Lichtbogenstrecke im Zeitpunkt des Null durchganges des Schweißstromes sehr wahrscheinlich, da die mit dem Durchgang des Schweißstromes im Zusammenhang ste henden elektromagnetischen Kräfte in diesem Zeitpunkt auf den geschmolzenen Metalltropfen der Elektrode und auf das Schweißbad mit geschmolzenem Metall des zu verschweißen den Erzeugnisses nicht mehr einwirken. Dabei hängt der Tropfen unter Einwirkung der Gravitationskraft längs der Elektrodenachse herunter, und das vorher unter dem Licht bogen herausgedrückte flüssige Metall wird nun eben und nähert sich dem Tropfen.

Solche Kurzschlüsse können die Unterbrechung des Schweißvorganges besonders im Falle der mechanisierten Schweißung mit Zwangsvorschub des Schweißdrahtes verursa chen, da die Energiezufuhr vom Schweißtransformator dabei unterbrochen wird und der Kurzschluß länger dauern kann, wobei das Elektrodenende ins Schweißbad bis auf seinen Bo den eindringt. Wenn darauf die Maximalstärke des Kurz schlußstromes erreicht wird, brennt die Elektrode ab. Dies führt zu einem bedeutenden Metallauswurf aus dem Schweiß bad, oft auch zum Abreißen des Lichtbogens und zur Störun gen des Schweißvorganges.

Es ist eine Einrichtung zum Schweißen mit Wechsel strom bekannt (vgl. den sowjetischen Urheberschein 5 23 769), in der eine Einheit zur Lichtbogenstabilisierung vorgesehen ist, die in jedem Zeitpunkt, in dem der Schweißstrom den Wert Null annimmt, den Durchgang eines Entladungsimpulses eines kommutierbaren Kondensators durch die Lichtbogenstrecke bewirkt. Dieser Impuls kann einen in diesem Zeitpunkt ent stehenden Kurzschluß verhindern, kann aber keine Wieder zündung des Lichtbogens hervorrufen. Deshalb gewährleistet diese Einrichtung die Lichtbogenstabilisierung nur beim Schweißen mit nichtschmelzender Elektrode oder bei Hand schweißung mit abschmelzender Elektrode, bei der die Kurz schlüsse der Lichtbogenstrecke während des Nulldurchgan ges des Schweißstromes den Schweißvorgang nicht stören. Aus diesem Grunde kann diese Einrichtung bei mechanisier ter Schweißung mit Zwangsvorschub der Elektrode nicht be nutzt werden.

Am nächsten kommt der Erfindung nach ihrem technischen Wesen eine Einrichtung zum Schweißen mit Wechselstrom und abschmelzender Elektrode mit Lichtbogen stabilisierung (vgl. den sowjetischen Urheberschein 6 03 521).

Diese Einrichtung enthält einen Schweißtransformator, dessen Sekundärwicklung an die Lichtbogenstrecke ange schlossen ist, und einen Impulsgenerator mit einem Stark stromkreis, der parallel der Lichtbogenstrecke geschaltet ist und aus einem Thyristorschalter, einer mit diesem in Reihe liegenden Speisewicklung und einem dahintergeschalte ten kommutierbaren Kondensator besteht, wobei zur Einrich tung auch eine Einheit zur Steuerung des Thyristorschal ters gehört, die ein parallel zur Lichtbogenstrecke liegen des Nullorgan und einen Steuerimpulsformer enthält.

Beim Nulldurchgang des Schweißstromes (und dabei er folgender Polaritätsänderung an der Lichtbogenstrecke) er zeugt das darauf reagierende Nullorgan ein Signal, welches dem Steuerimpulsformer zugeführt wird, wobei der letztere einen Thyristor des Thyristorschalters leitend macht. Da bei wird der kommutierbare Kondensator über die Lichtbogen strecke impulsartig aufgeladen, und der erwähnte Thyri stor des Thyristorschalters wird gesperrt. In der darauf folgenden Halbperiode des Schweißstromes ändert sich die Polarität an der Lichtbogenstrecke wieder, und das Null organ gibt an den Steuerimpulsformer ein Signal ab, wel ches den zweiten Thyristor des Thyristorschalters zündet. Dabei wird der kommutierbare Kondensator über die Lichtbo genstrecke impulsartig umgeladen. Bei jedem Nulldurchgang des Schweißstromes durchläuft also ein Impuls die Lichtbo genstrecke.

Bei mechanisierter Schweißung mit abschmelzender Elektrode kann dieser Impuls den beim Kurzschluß entste henden flüssigen Metallsteg zwischen der Elektrode und dem Erzeugnis zerstören, kann aber keine Wiederzündung des Lichtbogens bewirken. Der Lichtbogen wird nur beim Errei chen der dazu erforderlichen Spannung an der Sekundär wicklung des Schweißtransformators gezündet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein richtung zum Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom und ab schmelzender Elektrode zu entwickeln, deren schaltungstech nische Lösung die Möglichkeit gibt, das Lichtbogenbrennen durch Erzeugung von zwei Impulsen zu stabilisieren, die beim Durchlauf der Lichtbogenstrecke den beim Kurzschluß entstehenden Metallsteg zerstören und die Wiederzündung des Lichtbogens gewährleisten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrich tung zum Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom und abschmel zender Elektrode, die einen Schweißtransformator enthält, dessen Sekundärwicklung an die Lichtbogenstrecke angeschlos sen ist, sowie einen Impulsgenerator aufweist, in dem ein Starkstromkreis enthalten ist, der parallel zur Lichtbogen strecke geschaltet ist und aus einem Thyristorschalter, ei ner mit diesem in Reihe liegenden Speisewicklung und einem dahintergeschalteten kommutierbaren Kondensator besteht, und in dem eine Einheit zur Steuerung des Thyristorschal ters vorgesehen ist, die ein parallel zur Lichtbogenstrec ke liegendes Nullorgan und einen Steuerimpulsformer ent hält, bei dem der Eingang an den Ausgang des Nullorgans angeschlossen ist und die Ausgänge an den Steuereingängen des Thyristorschalters liegen, - erfindungsgemäß mit einem zusätzlichen Impulsgenerator versehen ist, in dem ein Stark stromkreis enthalten ist, welcher parallel zur Lichtbogen strecke geschaltet ist und aus einem Thyristorschalter, ei ner mit diesem in Reihe liegenden Speisewicklung und einem dahintergeschalteten kommutierbaren Kondensator besteht und in dem eine Einheit zur Steuerung des Thyristorschal ters vorgesehen ist, die ein parallel zum kommutierbaren Kondensator des ersten Impulsgenerators geschaltetes Null organ und einen Steuerimpulsformer enthält, bei dem der Eingang an den Ausgang des Nullorgans geschaltet ist und die Ausgänge an die Steuereingänge des Thyristorschalters angeschlossen sind.

Die Erfindung gestattet es, Schwei ßungen mit Wechselstrom und stabilisiertem Lichtbogenbrennen zu verwirklichen und dabei eine hohe Qualität der Schweiß verbindungen zu gewährleisten.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung zum Licht bogenschweißen mit Wechselstrom und abschmelzender Elek trode gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsvariante der Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Funktion der Einrichtung gemäß der Erfindung.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Einrichtung zum Licht bogenschweißen mit Wechselstrom und abschmelzender Elektro de enthält einen Schweißtransformator 1 (Fig. 1), dessen Sekundärwicklung 2 an die Lichtbogenstrecke 3 angeschlos sen ist, und zwei Impulsgeneratoren. Der erste Impulsge nerator hat einen Starkstromkreis, der parallel zur Licht bogenstrecke 3 angeschlossen ist und einen Thyristorschal ter 4, eine mit diesem in Reihe liegende Speisewicklung 5 und einen dahintergeschalteten kommutierbaren Kondensa tor 6 enthält. Der Thyristorschalter 4 besteht aus Thyri storen 7 und 8, die an einen Steuerimpulsformer 9 ange schlossen sind. Außerdem gehört zum ersten Impulsgenerator eine Einheit zur Steuerung des Thyristorschalters 4, die aus einem parallel zur Lichtbogenstrecke 3 liegenden Null organ 10 und dem Steuerimpulsformer 9 besteht, dessen Ein gang an das Nullorgan 10 angeschlossen ist.

Der zweite Impulsgenerator besteht aus einem Stark stromkreis, der parallel zur Lichtbogenstrecke 3 ange schlossen ist und einen Thyristorschalter 11, eine mit diesem in Reihe liegende Speisewicklung 12 und einen dahin tergeschalteten kommutierbaren Kondensator 13 enthält. Der Thyristorschalter 11 besteht aus Thyristoren 14 und 15, die an einen Steuerimpulsformer 16 angeschlossen sind. Au ßerdem gehört zum zweiten Impulsgenerator eine Einheit zur Steuerung des Thyristorschalters 11, die aus einem parallel zum kommutierbaren Kondensator 6 liegenden Nullorgan 17 und einem Steuerimpulsformer 16 besteht, dessen Eingang an das Nullorgan 17 geschaltet ist.

Das Nullorgan 10 des ersten Impulsgenerators enthält einen an die Wicklung 2 des Schweißtransformators 1 ange schlossenen Stromtransformator 18 (Fig. 2), einen ohmschen Teiler mit in Reihe liegenden Widerständen 19, 20, 21, 22 und Transistoren 23, 24, bei denen die Basis mit dem ohm schen Teiler verbunden ist. Außerdem gehört zum Nullorgan 10 ein Kondensator 25, der mit der Primärwicklung 26 eines Transformators 27 und mit der Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 23 in Serie liegt, und ein Kondensator 28, der mit der Primärwicklung 29 eines anderen Transformators 30 und mit der Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 24 in Reihe geschaltet ist. Parallel zur Wicklung 26 liegt ein Nebenschlußventil 31, und parallel zur Wicklung 29 ist ein anderes Nebenschlußventil 32 geschaltet. An die Emitter der Transistoren 23 und 24 ist ein Anschluß eines Vorspan nungswiderstandes 33 geschaltet, dessen anderer Anschluß am Pluspol einer Speisequelle 34 liegt, bei welcher der Minus pol mit den Anschlüssen der Kondensatoren 25 und 26 ver bunden ist.

Der Impulsformer 9 des ersten Impulsgenerators besteht aus der Sekundärwicklung 35 des Transformators 27, die an den Thyristor 8 angeschlossen ist, und aus der Sekundär wicklung 36 des Transformators 30, die an den Thyristor 7 des Schalters 4 angeschlossen ist.

Das Nullorgan 17 (Fig. 1) des zweiten Impulsgenerators, das aus einer Hintereinanderschaltung eines Widerstandes 37 (Fig. 2), eines Kondensators 38 und der Primärwicklung 39 eines Transformators 40 besteht, liegt parallel zum kom mutierbaren Kondensator 6 des ersten Impulsgenerators.

Der Steuerimpulsformer 16 (Fig. 1) besteht aus einer Wicklung 41 (Fig. 2) des Transformators 40, die an den Thyristor 15 des Schalters 11 angeschlossen ist, und aus einer Wicklung 42, die an den Thyristor 14 des Schalters 11 geführt ist.

In Fig. 3 sind Zeitdiagramme des Schweißstromes I und der Spannung U angeführt, in denen die Amplitudenwerte I ₁ und I ₂, U ₁ und U ₂ der Ströme bzw. Spannung der Stabili sierungsimpulse dargestellt sind.

Die Einrichtung funktioniert folgendermaßen.

Je nach dem Spannungsvorzeichen an der Lichtbogen strecke 3 (Fig. 2) erzeugt der bei Sättigung betriebene Stromtransformator 18 impulsförmige Signale, welche die Transistoren 23 und 24 abwechselnd öffnen.

Nachstehend soll ein Fall betrachtet werden, wenn bei Einschaltung der Einrichtung an der Elektrode das positi ve Potential liegt und das zu verschweißende Erzeugnis das negative Potential führt. Dabei wird der Transistor 23 ge öffnet, und der bereits von der Speisequelle 34 geladene Kondensator 25 entlädt sich über die Primärwicklung 26 des Transformators 27 und über den Stromkreis Kondensator 25 - Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 23 - Primär wicklung 26 - Kondensator 25. In der Sekundärwicklung 35 des Transformators 27 wird ein Impuls erzeugt, der den Thyristor 8 zündet und dadurch die Aufladung des Kondensa tors 6 bei Einschaltung der Einrichtung sowie seine darauf folgende Umladung von der Speisewicklung 5 des mit magneti scher Streuung ausgeführten Transformators 1 über die Elek trodenstrecke 4 ermöglicht, wobei die beim Kurzschluß ent stehenden Metallstege zerstört werden.

Dabei sind die Daten der Speisewicklung 5 und die Ka pazität des Kondensators 6 so gewählt, daß sie die Amplitu de des Umladungsimpulses in den Grenzen von 200 bis 500 A er geben.

Wenn sich die Polarität an der Lichtbogenstrecke im darauffolgenden Zeitpunkt ändert (Pluspol am Erzeugnis und Minuspol an der Elektrode), wird der Transistor 24 leitend, und der vorher von der Speisequelle 34 geladene Konden sator 28 entlädt sich über den Stromkreis Kondensator 28 - Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 24 - Primärwick lung 29 des Transformators 30. In der Sekundärwicklung 36 des Transformators 30 wird ein Impuls zur Zündung des Thyristors 7 erzeugt, dessen Zündung die Umladung des Kon densators 6 über die Lichtbogenstrecke 3 von neuem er möglicht.

Das Nullorgan 17 (Fig. 1), zu dem die Primärwicklung 39 (Fig. 2) des Transformators 40 des zweiten Impulsge nerators gehört, ist parallel zum Kondensator 6 geschal tet, an dem die Spannung genau rechteckig ist. Deswegen werden in den Sekundärwicklungen 41 und 42 des Transfor mators 40 bei der Umladung des Kondensators 6 Impulse zur abwechselnden Zündung der zum Schalter 11 gehörenden Thy ristoren 14 und 15 erzeugt.

Dabei wird der Kondensator 13 von der Speisewicklung 12 des Transformators 1 über die Lichtbogenstrecke 3 um geladen und bewirkt die Wiederzündung des Lichtbogens.

Die Daten der Speisewicklung 12 und die Kapazität des Kondensators 13 sind so gewählt, daß die Spannungsam plitude des Impulses 200 bis 1000 V beträgt.

Somit gewährleistet die erfindungsgemäße Einrichtung den Durchgang von zwei Impulsen durch die Lichtbogenstrecke 3 beim Nulldurchgang des Schweißstromes. Der erste Impuls mit der Stromamplitude von 200 bis 500 A zerstört den beim Kurzschluß entstehenden flüssigen Metallsteg, während der zweite Impuls mit der Spannungsamplitude von 200 bis 1000 V den Lichtbogen wieder zündet.

Dadurch werden stabiles Brennen des Lichtbogens und eine hohe Qualität der Schweißung erreicht.

Claims

Einrichtung zum Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom und abschmelzender Elektrode, die
- - einen Schweißtransformator enthält, dessen Sekundär wicklung an die Lichtbogenstrecke angeschlossen ist, sowie
- - einen Impulsgenerator aufweist, in dem
- - ein Starkstromkreis enthalten ist, der parallel zur Lichtbogenstrecke geschaltet ist und aus einem Thyristor schalter, einer mit diesem in Reihe liegenden Speisewick lung und einem dahinter geschalteten kommutierbaren Konden sator besteht, und in dem
- - eine Einheit zur Steuerung des Thyristorschalters vorgesehen ist, die ein parallel zur Lichtbogenstrecke liegendes Nullorgan und einen Steuerimpulsformer enthält, bei dem der Eingang an den Ausgang des Nullorgans ange schlossen ist und die Ausgänge an den Steuereingängen des Thyristorschalters liegen,
gekennzeichnet durch
- - einen zusätzlichen Impulsgenerator, in dem
- - ein Starkstromkreis enthalten ist, welcher parallel zur Lichtbogenstrecke (3) geschaltet ist und aus einem Thy ristorschalter (11), einer mit diesem in Reihe liegenden Speisewicklung (12) und einem dahinter geschalteten kom mutierbaren Kondensator (13) besteht, und in dem
- - eine Einheit zur Steuerung des Thyristorschalters (11) vorgesehen ist, die ein parallel zum kommutierbaren Kondensator (6) des ersten Impulsgenerators geschaltetes Nullorgan (17) und einen Steuerimpulsformer (16) enthält, bei dem der Eingang an den Ausgang des Nullorgans (17) ge schaltet ist und die Ausgänge an die Steuereingänge des Thyristorschalters (11) angeschlossen sind.