DE3750313T2

DE3750313T2 - Überwachungsverfahren und Apparat für das Heissdrahtschweissen.

Info

Publication number: DE3750313T2
Application number: DE3750313T
Authority: DE
Inventors: Katsuyoshi Hori; Shigeyoshi Kawano; Toshiharu Myoga; Masahiko Sadakane; Toshiaki Takuwa
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2007-05-30
Also published as: EP0247628B1; EP0247628A3; EP0247628A2; DE3750313D1; KR870010920A; US4788412A; KR900007264B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Heißdrahtschweißvorgangs, bei dem magnetische Blasung und Spritzen vermieden werden und die Heizleistung des Heißdrahts automatisch auf geeignetem Wert gehalten werden kann.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines herkömmlicherweise für das WIG-Schweißen verwendeten Schweißgeräts.
Eine Wolframelektrode 2, die eine Lichtbogenelektrode in der WIG-Schweißfackel 1 bildet, und ein Basismetall 3 sind direkt mit einer Schweißstromversorgung 4 verbunden, und ein Lichtbogen 5 wird mit der Wolframelektrode 2 als negativer Elektrode unter Argon-Schutzgas gebildet. Ein Schweißzusatzdraht 6 wird von einer Drahtzuführung 7 durch einen Kanal 8 und eine damit verbundene Kontaktspitze 9 dem Lichtbogenbereich zugeführt und mit dem Basismetall 3 in Kontakt gebracht. Die Kontaktspitze 9 und das Basismetall sind mit einer Drahtheizstromversorgung 10 verbunden. Ein Gleichstrom oder Wechselstrom wird an den Zusatzdraht 6 angelegt, um Joule'sche Wärme zu erzeugen und so die Schmelzgeschwindigkeit des Zusatzdrahts 6 zu verbessern.
Der optimale Schmelzzustand des Zusatzdrahts 6 beim Heißdraht-WIG-Schweißvorgang ist der, bei dem der Zusatzdraht 6 vollständig geschmolzen ist, unmittelbar bevor er das Schweißbad 11 erreicht, und das geschmolzene Metall ununterbrochen abtropft. In diesem Fall wird das Metall geschmolzen, und das geschmolzene Metall fließt in das Schweißbad 11 wie heißes Wasser aus einem Kessel, so daß eine hochwertige Naht 12 entsteht.
Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Erregung und Erhitzung des Zusatzdrahts 6 in dem Abschnitt e zwischen der Kontaktspitze 9 und dem Basismetall 3 so zu steuern, daß ein Gleichgewicht zwischen der zugeführten Leistung und der Schmelzgeschwindigkeit erreicht wird.
Es ist jedoch bekannt, daß bei Zunahme des Drahterregungsstroms beim Heißdraht-WIG-Schweißvorgang eine elektromagnetische Kraft auf den Lichtbogenstrom erzeugt wird, die eine sog. "magnetische Blasung" hervorruft, die das Schweißen erschwert.
Eine herkömmliche bekannte und seit alters her als technisches Grundwissen verwendete Maßnahme gegen diesen Nachteil ist, einen so hohen Lichtbogenstrom wie möglich zu wählen, um die Steifigkeit des WIG-Lichtbogens zu erhöhen, den Drahtheizstrom auf weniger als die Hälfte des Lichtbogenstroms festzulegen und den Draht mit Wechselstrom statt mit Gleichstrom zu beheizen. Um die Drahtschmelzgeschwindigkeit zu erhöhen, ist es jedoch notwendig, den Drahtstrom zu erhöhen. Dies führt dazu, daß, wenn für einen gegebenen zu schweißenden Gegenstand ein geeigneter Lichtbogenstrom gewählt wird, um eine Drahtschmelzgeschwindigkeit von beispielsweise 20 g/min zu erreichen, magnetische Blasung ständig auftreten kann, sofern nicht der Lichtbogen auf eine sehr geringe Länge von weniger als 1,5 mm eingestellt wird, was die Schweißarbeit erschwert. Dieses herkömmliche Verfahren ist daher in seinen Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
Es ist bekannt, die Heizleistung für den Draht so zu steuern, daß unter bestmöglicher Konstanthaltung des Abstands e während des Schweißens die Drahtschmelzbedingungen vom Schweißer beobachtet werden, der die Drahtleistung entsprechend der Drahtzufuhrgeschwindigkeit allein auf Grundlage seiner Intuition und Erfahrung einstellt.
In US 4 614 856 hingegen wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die angelegte Leistung auf einen zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit passenden Wert geregelt wird, indem die an den Abschnitt e während des Schweißens angelegte Leistung gemessen wird.
In Anbetracht der Tatsache, daß die zum Schmelzen des Drahts erforderliche Heizleistung im Prinzip zur angelegten Leistung proportional ist, wird die angelegte Leistung proportional zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit zugeführt.
Dadurch, daß der Schweißer die proportionalitätskonstante anpaßt, werden große Änderungen beim Abstand e oder beträchtliche Änderungen der Drahtzufuhrgeschwindigkeit möglich.
Auch wenn so geeignete Bedingungen bestimmt werden, können unter späteren Bedingungen der Lichtbogenstrom, die Bogenlänge oder der Winkel, unter dem der Zusatzdraht 6 in das Schmelzbad 11 eintritt, eine Änderung der auf den Heizdraht 6 vom Lichtbogen 5 oder dem Schmelzbad 11 übertragenen Wärmemenge bewirken, so daß sich die Schmelzbedingungen etwas ändern und eine Abweichung vom geeigneten Schmelzzustand bewirken.
Wenn die angelegte Leistung in Richtung so abweicht, daß die Drahtzufuhrgeschwindigkeit zu groß wird, dann werden Spritzer gebildet und der Lichtbogen 5 wird gestört durch den Strom, der zwischen der Spitze des Zusatzdrahts 6 und dem Basismetall 3 oder der Wolframelektrode 2 durch den Lichtbogen fließt. Diese Phänomene stören den Schweißvorgang extrem. Wenn die angelegte Leistung jedoch für die Drahtzufuhrgeschwindigkeit zu klein wird, bleibt der Zustand des Lichtbogens scheinbar im wesentlichen unverändert, und der Schweißer fährt mit seiner Arbeit fort, ohne die Änderung der Bedingungen zu bemerken, was dazu führt, daß ungeschmolzener Draht 13 im abgeschiedenen Metall 14 zurückbleibt, was oft zu einem Schweißfehler wie in Fig. 2 gezeigt führt. Um diese Probleme zu vermeiden, muß der Schweißer den geschmolzenen Teil des Drahts oder den Lichtbogen während seiner Schweißarbeit so häufig wie möglich beobachten, um zu überprüfen, ob die passenden Schmelzbedingungen eingehalten worden sind und die angelegte Leistung anzupassen. Die Entscheidung, ob die passenden Bedingungen eingehalten sind, hängt von der Intuition des Schweißers ab.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, spezielle Mittel zum Lösen der obengenannten Probleme anzugeben, insbesondere spezielle Mittel, um die Schweißbedingungen des Zusatzdrahts beim Heißdraht-WIG-Schweißvorgang vollautomatisch in einem optimalen Zustand zu erhalten, ohne die Intuition oder einen Eingriff des Schweißers zu erfordern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Heißdrahtschweißgerät anzugeben, bei dem die Bildung von Spritzern vermieden oder stark verringert ist, so daß das Heißdrahtschweißen lange Zeit fortgesetzt betrieben werden kann.
Die Aufgaben werden anspruchsgemäß gelöst. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausgestaltungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Schweißens bei einem Heißdrahtschweißgerät mit einer Lichtbogenstromversorgung, einer Lichtbogenelektrode, die mit der Lichtbogenstromversorgung verbunden ist, einem Zusatzdraht, der zu einem Schweißbad führt, und einer Drahtheizstromversorgung zum Erhitzen des Zusatzdrahts durch elektrische Erregung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein pulsförmiger Gleich- oder Wechselstrom an den Zusatzdraht angelegt wird, und daß während des Entregungszeitraums des gepulsten Stroms erfaßt wird, ob der Zusatzdraht in Kontakt mit dem Schweißbad ist oder nicht, und daß der an den Zusatzdraht angelegte Strom während der nachfolgenden Erregungsperiode gesperrt wird, wenn erfaßt worden ist, daß der Zusatzdraht nicht in Kontakt mit dem Schweißbad ist.
Gemäß einem anderen Aspekt des Verfahrens wird die Heizleistung erhöht, bis der Zusatzdraht durchschmilzt, und die Drahtheizleistung nach dem Durchschmelzen des Zusatzdrahts unter übermäßiger Hitze wird kleiner als die Heizleistung unmittelbar vor dem Schmelzen des Zusatzdrahts eingestellt, und die Drahtheizleistung wird allmählich wieder von dem niedrigeren Einstellwert aus erhöht, bis der Zusatzdraht wieder unter übermäßiger Hitze durchschmilzt.
Das erfindungsgemäße Heißdrahtschweißgerät umfaßt eine Lichtbogenstromversorgung, eine Lichtbogenelektrode, die mit der Lichtbogenstromversorgung verbunden ist, einen Zusatzdraht, der zu einem Schweißbad führt, eine Drahtheizstromversorgung zum Erhitzen des Zusatzdrahts durch elektrische Erregung, eine Steuerschaltung zum Steuern der an den Zusatzdraht angelegten Heizleistung, die einen pulsförmigen Gleich- oder Wechselstrom erzeugt, und eine Drahtkontakterfassungsschaltung, die während der Entregungszeiträunie des Pulsstroms elektrisch erfaßt, ob der Zusatzdraht mit dem Schweißbad in Kontakt ist oder nicht, wobei die Steuerschaltung den an den Zusatzdraht angelegten Strom während des nachfolgenden Erregungszeitraums sperrt, wenn erfaßt worden ist, daß der Zusatzdraht nicht in Kontakt mit dem Schweißbad ist.
Gemäß einem anderen Aspekt des erfindungsgemäßen Schweißgeräts ist eine Steuerschaltung zum Steuern der an den Zusatzdraht angelegten Heizleistung so beschaffen, daß die Heizleistung erhöht wird, bis der Zusatzdraht durchschmilzt und die Drahtheizleistung nach dem Schmelzen des Zusatzdrahts unter übermäßiger Hitze niedriger als die Heizleistung unmittelbar vor dem Durchschmelzen des Zusatzdrahts eingestellt wird, und die Drahtheizleistung wieder allmählich von dem niedrigeren Einstellwert aus erhöht wird, bis der Zusatzdraht wieder unter übermäßiger Hitze durchschmilzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das oben definierte Heißdrahtschweißgerät zusätzlich eine Drahtkontaktdetektorschaltung mit einer Anschlußspannungserfassungsschaltung zum Erfassen der Anschlußspannung des Zusatzdrahts oder der Ausgangsanschlußspannung der Drahtheizstromversorgung während eines Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms, und eine Komparatorschaltung zum Vergleichen der von der Spannungserfassungsschaltung erfaßten Spannung mit einer vorbestimmten Bezugsspannung, um während des Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms zu erfassen, ob der Zusatzdraht in Kontakt mit dem Schweißbad ist oder nicht, so daß, wenn der Zusatzdraht nicht in Kontakt mit dem Schweißbad ist, ein Signal ausgegeben wird, um die Erregung während des unmittelbar auf den Entregungszeitraum des pulsförmigen Stroms folgenden Erregungszeitraums des pulsförmigen Stroms zu sperren.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das Heißdrahtschweißgerät ferner eine Drahtkontakterfassungsschaltung zum elektrischen Erfassen eines Kontaktzustands des Zusatzdrahts mit dem Schweißbad und eine Schaltung zum Steuern der an den Zusatzdraht angelegten Heizleistung, so daß, wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung ein Signal erzeugt, das einen Übergang vom Kontaktzustand in einen Zustand mit kontaktlosem Draht anzeigt, die dem Zusatzdraht zugeführte Heizleistung verringert wird, und wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung ein Signal erzeugt, das anzeigt, daß der Zusatzdraht in Kontakt mit dem Schweißbad ist, die dem Zusatzdraht zugeführte Heizleistung allmählich erhöht wird.
Die Schweißvorrichtung kann ferner eine Durchschmelzerfassungsschaltung umfassen, zum Erfassen eines Durchschmelzvorgangs des Zusatzdrahts durch Hitze während eines Erregungszeitraums des Zusatzdrahts, und die Steuerschaltung verringert den Drahtstrom instantan und schnell auf der Grundlage eines Durchschmelzerfassungssignals von der Durchschmelzerfassungsschaltung oder beendet die Erregung des pulsförmigen Stroms während des Pulszeitraums.
Die Schmelzerfassungsschaltung kann eingerichtet sein, um den Durchschmelzprozeß des Zusatzdrahts aus einer Änderung der differenzierten Schwingungsform des Drahtstroms oder aus einer Änderung der Schwingungsform der Drahtspannung zu erfassen.
Das Schweißgerät kann ferner eine Schaltung umfassen, die ein parallel zum Zusatzdraht geschaltetes Halbleiterschaltelement enthält, wobei der Erregungsstrom für den Zusatzdraht scharf reduziert wird, indem der Strom bei eingeschaltetem Halbleiterschaltelement geshuntet wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung umfaßt die Schweißvorrichtung eine Steuerung zum Verringern des Erregungsstroms für den Zusatzdraht durch Shunten, und entweder zum Neustarten der Drahterregung nach einem vorgegebenen Zeitraum nach der Erfassung, daß der Draht während des Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms wieder in Kontakt mit dem Basismetall gekommen ist, oder zum Neustarten der Drahterregung nach dem Zuführen einer vorgegebenen Menge von Zusatzdraht, nach der Erfassung, daß der Zusatzdraht während des Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms in Kontakt mit dem Basismetall gekommen ist.
Die Stromversorgung kann einen pulsförmigen Strom auf der Grundlage eines Steuersignals von einer Schaltung zum Bestimmen eines Drahtentregungszeitraums erzeugen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das Schweißgerät ferner eine Schaltung zum Erzeugen eines Bezugszeitintervalls, und die Steuerschaltung erhöht die Zunahmegeschwindigkeit der Drahtheizleistung, wenn das Zeitintervall der Signale von der Schmelzerfassungsschaltung und/oder der Drahtkontakterfassungsschaltung länger als ein Bezugszeitintervall ist, und verringert die Zunahmegeschwindigkeit der Drahtheizleistung, wenn das Zeitintervall kürzer als das Bezugszeitintervall ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das Schweißgerät ferner eine Bezugssignalschaltung zum Erzeugen eines Bezugszeitintervalls, und die Steuerschaltung erhöht die Drahtheizleistung um einen vorgegebenen Betrag, wenn das Zeitintervall der Signale von der Schmelzerfassungsschaltung und/oder der Drahtkontakterfassungsschaltung länger als das Bezugszeitintervall ist, und verringert die Drahtheizleistung um einen vorgegebenen Betrag, wenn dieses Zeitintervall kürzer als das Bezugszeitintervall ist.
Das erfindungsgemäße Schweißgerät kann ferner eine Leistungssignalschaltung zum Erzeugen eines Signals umfassen, das der Drahtheizleistung und dem Quadrat des Effektivwerts des Drahtstroms in Proportion zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit entspricht, und die Steuerschaltung steuert die an den Zusatzdraht angelegte Leistung durch Regeln von dessen Proportionalitätskonstante.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung
- umfaßt die Steuerschaltung ein Halbleiterschaltelement;
- ist eine Einstellschaltung vorgesehen, um eine Spannungszunahmegeschwindigkeit und eine Spannungsverringerungsschwelle einzustellen;
- empfängt die Bezugsschaltung oder Leistungssignalschaltung ein Signal von der Drahtkontakterfassungsschaltung und eine Spannung von der Einstellschaltung und gibt eine Spannung an die Steuerschaltung zum Steuern des Erregungszeitraums des pulsförmigen Stroms aus, und
- umfaßt die Steuerschaltung eine Pulsformerschaltung, die ein Signal von der Drahtkontakterfassungsschaltung und die Spannung von der Bezugsschaltung oder Leistungssignalschaltung empfängt, um den Erregungszeitraum des pulsförmigen Drahtheizstroms durch Betätigen des Schaltelements in Proportion zur Spannung von der signalerzeugenden Schaltung zu betätigen, wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung das Kontaktsignal erzeugt, und um die Erregung des Zusatzdrahts für einen vorgegebenen Zeitraum zu sperren und die Drahterregung danach durch Betätigen des Schaltelements neu zu starten, wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung das Nichtkontaktsignal erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Schweißgerät umfassen:
einen Stromdifferenzierungssensor zum Erfassen des Drahtstroms und zum Ausgeben eines Signals der differenzierten Schwingungsform des Drahtstroms und
eine Steuerung, die das Signal vom Stromdifferenzierungssensor empfängt, um den Drahtzustand unmittelbar vor dem Durchschmelzen zu erfassen, und die den Drahtheizstrom der Steuerschaltung schnell verringert.
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Anordnung von Teilen eines herkömmlichen Heißdraht-WIG-Schweißgeräts;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch die Schweißnaht in Fig. 1;
Fig. 3 ein Schema einer ersten Ausgestaltung einer Heißdrahtstromversorgung und einer Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 und 5 schematische Schwingungsformen der Drahtanschlußspannung der Drahtheizstromversorgung aus Fig. 3;
Fig. 6 ein Schema zur Erläuterung des Steuervorgangs der Ausgestaltung aus Fig. 3;
Fig. 7 den Aufbau der Drahtkontaktdetektorschaltung 21 aus Fig. 3;
Fig. 8 ein Schema des Aufbaus der die Erregungsphasensteuerspannung bildenden Schaltung 23 und der Einstellschaltung 24 für die Spannungszunahmegeschwindigkeit und die Spannungsverringerungsschwelle aus Fig. 3;
Fig. 9 ein Schema zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungen aus Fig. 7 und 8;
Fig. 10 den Verlauf der Drahtanschlußspannung in dem Fall, daß eine Stromversorgung vom Wechselrichtertyp zum Heizen des Drahts gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird;
Fig. 11 ein Schaltbild einer dritten Ausgestaltung der Drahtheizstromversorgung und der Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ein Schema zur Erläuterung des Steuervorgangs bei der dritten Ausgestaltung aus Fig. 11;
Fig. 13 ein Schaltbild einer vierten Ausgestaltung der Drahtheizstromversorgung und der Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 14 Schwingungsformen der Drahtheizstromversorgung und der Ausgangsspannung in dem Fall, daß eine Schaltung vom Wechselrichtertyp als Drahtheizstromversorgung gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird.
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung einer Drahtheizstromversorgung und einer Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Triacsystem verwendet, das mit niedrigen Kosten als Drahtstromheizversorgung zur Erzeugung eines pulsförmigen Stroms eingesetzt werden kann. Diese Schaltung ersetzt die Drahtheizstromversorgung 10 des in Fig. 1 dargestellten vorbekannten Heißdrahtschweißgeräts.
Bei dieser Ausgestaltung ist, wie in Fig. 3 gezeigt, die Primärwicklung eines Haupttransformators 15 mit einem Triac 16 verbunden, und die Sekundärwicklung ist mit einer Vollwellengleichrichterschaltung mit Dioden 17, 18 verbunden, die eine Drahtheizstromformungsschaltung 19 bilden. Bei dieser Drahtheizstromformungsschaltung 19 wird der Triac 16 durch eine Gatepulsformungsschaltung 20 gesteuert, um einen Drahtstrom durch Phasensteuerung der Netzfrequenzwechselspannungsstromversorgung zu erzeugen. Um ständige magnetische Blasung zu vermeiden oder die magnetische Blasung auf punktuelles Auftreten zu begrenzen, und so die Schweißarbeit zu erleichtern, die andernfalls durch die magnetische Blasung behindert würde, wird die Anlegung eines Gatepulses an den Triac 16 immer so gesteuert, daß der Entregungszeitraum von Null bis 90 Grad und von 180 bis 270 Grad der Netzfrequenzphase reicht. Der Phasensteuerwinkel für die Erregung des Triacs 16 liegt so im verbleibenden Zeitraum von 90 bis 180 Grad und von 270 bis 360 Grad und erregt den in Fig. 1 gezeigten Zusatzdraht, so daß eine zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit passende Drahtheizleistung freigesetzt wird.
Die mit Vw bezeichnete Drahtanschlußspannung (Ausgangsanschlußspannung) während des Entregungszeitraums des Drahtes erreicht fast 0 V, wie im Zeitraum x der Fig. 4 gezeigt, wenn der Zusatzdraht 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 ist, und eine negative Spannung unter -1 V durch Erfassung der Spannung einer Plasmafackel, wenn die Drahtspitze vom Basismetall 3 entfernt und mit dem Lichtbogenplasma ist, wie im Zeitraum y in Fig. 5 gezeigt. Diese Eigenschaft wird in einer Drahtkontaktdetektorschaltung 21 genutzt, um zu erfassen, ob die Spitze des Drahts 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 ist. Die Ausgangsspannung Va der Drahtkontaktdetektorschaltung 21 nimmt hohes Niveau (H) an, wenn der Draht 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 ist, und nimmt ein niedriges Niveau (L) an, wenn dieser vom Basismetall entfernt ist. Dieses Signal wird an eine Ein-Aus-Steuerschaltung 22 in der Gatepulsformungsschaltung 20 angelegt, die so betrieben wird, daß der nächste Erregungspuls nicht gebildet wird, wenn der Draht 6 vom Basismetall 3 entfernt ist.
Andererseits wird der Erregungsphasensteuerungs-Spannungsformungsschaltung 23 ein Signal von der Einstellschaltung 24 für die Spannungszunahmegeschwindigkeit und die Spannungsverringerungsschwelle 24 sowie die Ausgangsspannung Va der Drahtkontaktdetektorschaltung 21 zugeführt, und sie erzeugt eine Spannung Vb zur Bestimmung der Erregungsphase des Triacs 16, die an die Erregungsphasensteuerschaltung 25 in der Gatepulsformungsschaltung 20 angelegt wird. Dieses Ausgangssignal Vb nimmt allmählich zu, wenn die Ausgangsspannung Va hoch ist, d. h., wenn der Draht 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 ist, wohingegen, wenn die Spannung Va auf niedriges Niveau (L) reduziert ist, d. h. wenn der Draht 6 den Kontakt mit dem Basismetall 3 verloren hat, die Spannung Vb um einen vorgegebenen Wert verringert wird.
Fig. 6 zeigt Änderungen des Spannungssignals und des Ausgangsstroms mit der Zeit. Die Erregungsphasensteuerschaltung 25 in der Gatepulsformungsschaltung 20 steuert den Zündwinkel so, daß der Erregungsstrom entsprechend der Größe der Eingangsspannung Vb zunimmt. Wenn der Erregungsstrom zunimmt, nehmen der Widerstand des in Fig. 1 dargestellten Abschnitts e und die durch den Erregungsstrom für den Abschnitt e festgelegte Drahtheizleistung natürlich ab, und wenn die angelegte Drahtheizleistung im Vergleich zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit zunimmt, wird der Draht 6 überhitzt und schmilzt wie eine Sicherung. Sobald der Draht 6 geschmolzen ist, verliert er den Kontakt mit dem Basismetall 3 und die resultierende Änderung der Ausgangsspannung Vw wird von der Drahtkontaktdetektorschaltung 21 erfaßt, was eine Abnahme des Ausgangssignals Va auf niedriges Niveau bewirkt. Dadurch wird die Erregung des Drahts gesperrt und die Erregungsphasensteuer-Spannungsformungsschaltung 23 verringert die Ausgangsspannung Vb um einen vorgegebenen Wert. Wenn die Spitze des Drahts 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 kommt und die Spannung Va auf einen hohen Wert steigt, um die Erregung des Drahts wieder aufzunehmen, wird die an den Draht 6 angelegte Leistung auf einen Wert eingestellt, der geringfügig kleiner als die für die Drahtzufuhrgeschwindigkeit erforderliche optimale Heizleistung ist.
Wenn bei diesem Betrieb während der Schweißarbeit die Drahtzufuhrgeschwindigkeit verringert wird, neigt der Draht 6 zur Überhitzung, und wird daher so häufig durchgeschmolzen, daß die Spannung Vb allmählich abnimmt, was zur Verringerung der Drahtheizleistung führt. Wenn die Drahtzufuhrgeschwindigkeit hingegen zunimmt, wird die Drahtheizleistung ungenügend, und obwohl der Draht nicht durchgeschmolzen wird, bewirkt die Erregungsphasensteuerungs- Spannungsformungsschaltung 23 eine allmähliche Zunahme der Spannung Vb, was dazu führt, daß die Drahtheizleistung immer weiter zunimmt, bis der Draht durchschmilzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bleiben die Funktionen dieselben, auch wenn der Drahtabschnitt e sich ändert. Insbesondere bei einer Verlängerung des Abschnitts e nimmt dessen Widerstandswert zu. Wenn die Drahtheizstromversorgung eine Konstantspannungscharakteristik hat, nimmt daher bei konstanter Erregungsphase der Spitzenwert des Stroms ab, so daß die Ausgangsleistung abnimmt und das Schmelzen schwierig wird. Infolgedessen nimmt die Ausgangsspannung Vb allmählich zu, erhöht die Erregungsphase und führt so zu einer zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit passenden Heizleistung. Wenn der Abschnitt e kürzer wird, nimmt im Gegensatz dazu der Widerstandswert auf dem Abschnitt e ab, und bei gleicher Erregungsphase nimmt der Stromspitzenwert zu, wodurch die angelegte Leistung zu groß wird und das Schmelzen erleichtert wird. Jedesmal beim Lösen fällt die Spannung Vb, und die Erregungsphase nimmt ab, mit dem Ergebnis, daß die ursprüngliche, zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit passende Heizleistung erreicht wird.
Das Ausmaß des Abfalls von Vb bei jedem Lösen des Drahts oder die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung Vb anschließend zunimmt, wird bestimmt durch Regeln des veränderlichen Widerstands in der Einstellschaltung 24 für die Spannungszunahmegeschwindigkeit bzw. die Verringerungsschwelle auf einen geeigneten Wert vor oder während des Schweißvorgangs.
Auf diese Weise folgt der Steuervorgang Änderungen der Drahtzufuhrgeschwindigkeit und des Abschnitts e während des Schweißvorgangs, so daß ein Wert sehr nahe bei der passenden Drahtheizleistung automatisch eingehalten werden kann.
Fig. 7 zeigt schematisch den Aufbau der Drahtkontaktdetektorschaltung 21 aus Fig. 3.
In Fig. 7 wird die Netzfrequenzwechselspannung Vin an eine Nulldurchgangssignalgeberschaltung 211 angelegt, um ein Pulssignal bei Phase Null zu erzeugen. Auf Grundlage dieses Signals erzeugt eine Drahtentregungszeitraumeinstellschaltung 212 ein "hohes" Niveau während des Zeitraums π/2, während dessen eine Abtasthalteschaltung 213 die Drahtspannung Vw leitend hält und an eine Komparatorschaltung 214 anlegt. Wenn der Drahterregungszeitraum beginnt und das Ausgangssignal der Drahtentregungszeitraumeinstellschaltung 212 "niedrig" wird, wird der unmittelbar vorhergehende Wert von Vw gehalten und an die Komparatorschaltung 214 angelegt. Die Komparatorschaltung 214 vergleicht das Signal von der Abtasthalteschaltung 213 mit der Spannung von der Bezugsspannungseinstellschaltung 215, entscheidet, ob der Draht 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 ist und bildet ein Ausgangssignal Va.
Fig. 8 ist ein Schaltplan, der den Aufbau der Erregungsphasensteuerungs-Spannungsformungsschaltung 23 und der Einstellschaltung 24 für die Spannungszunahmegeschwindigkeit und den Spannungsverringerungsbereich aus Fig. 3 zeigt.
In Fig. 8 wird das Ausgangssignal Va der Drahtkontaktdetektorschaltung 21 an einen Zeitgeber T in der Erregungsphasensteuerungs-Spannungsformungsschaltung 23 angelegt. Der Zeitgeber T erzeugt ein Signal Q, das "hoch" wird, wenn das Ausgangssignal Va von hohem auf niedriges Niveau übergeht, und ein Signal ändert sich entgegengesetzt. Wenn das Signal "hoch" ist, so schaltet ein erster analoger Schalter AS1 in der Erregungsphasensteuerschaltung 23 ein, so daß eine Niederspannungsquelle E, eine erste Spannungszunahmegeschwindigkeitssteuerung VR1 und ein Kondensator C in Reihe geschlossen werden, was zur Aufladung des Kondensators c führt. Wenn erfaßt wird, daß der Draht 6 in Fig. 1 den Kontakt mit dem Basismetall 3 so weit verliert, daß das Ausgangssignal Va niedrig wird, wird das Signal Q während des Zeitraums to hoch und der zweite analoge Schalter AS2 wird eingeschaltet, so daß der Kondensator über einen zweiten Spannungsverringerungsbereich-Einstellwiderstand VR2 geerdet wird und sich entlädt, mit dem Ergebnis, daß die Spannung am Kondensator C fällt. Die Spannung am Kondensator c wird als Erregungsphasensteuerschaltung Vb über einen Verstärker Amp 1 erzeugt, der in die Erregungsphasensteuerungs-Spannungsformungsschaltung 23 eingefügt ist.
Fig. 9 zeigt die zeitliche Änderung der Ausgangsspannungen Va, Vb und der Zustände der analogen Schalter AS1, AS2.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung hängt der Überhitzungsschmelzzyklus des Drahts im wesentlichen von der Änderung der an den Draht 6 angelegten Leistung und der Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 6 ab. Obwohl das Durchschmelzen des Drahts 6 durch Überhitzen von sehr geringem Spritzen begleitet sein kann, ist es doch wünschenswert, dessen Häufigkeit zu verringern. Wenn in diesem Fall schnellen Änderungen des Abschnitts e oder der Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 6 entsprochen werden muß, so wird die Zunahmegeschwindigkeit und der Grad der Verringerung der Spannung Vb erhöht, was zu häufigem Durchschmelzen des Drahts 6 führt. Wenn Änderungen des Abschnitts e oder der Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 6 nicht häufig sind, werden hingegen die Zunahmegeschwindigkeit und das Maß der Verringerung der Spannung Vb reduziert, um so die Häufigkeit des Durchschmelzens durch Überhitzen des Drahts 6 zu reduzieren. Die Änderung der an den Draht 6 angelegten Leistung wird normal durch manuelle Regelung des variablen Widerstandes der Einstellschaltung 24 für die Spannungszunahmegeschwindigkeit oder den Verringerungsbereich vor oder während des Schweißvorgangs vorgenommen. Diese Regelung kann auch automatisch mit Hilfe einer Schaltung durchgeführt werden, die die Drahtheizleistung so regelt, daß die Durchschmelzintervalle beim Durchschmelzen des Drahts 6 durch Überhitzen sich einem vorgegebenen Wert nähern, wobei ein Zeitintervall zum Durchschmelzen durch Überhitzen des Drahts 6 vorgegeben ist, so daß, wenn das tatsächliche Durchschmelzintervall länger als der vorgegebene Wert ist, die Drahtheizleistung mit höherer Geschwindigkeit erhöht wird, wohingegen, wenn das tatsächliche Durchschmelzintervall kurz ist, die Drahtheizleistung mit niedrigerer Geschwindigkeit erhöht wird.
In ähnlicher Weise ist eine automatische Steuerung der angelegten Leistung zum Heizen des Drahtes 6 möglich durch eine Schaltung zum Regeln der Drahtheizleistung, bei der das Durchschmelzzeitintervall eingerichtet ist, um sich einem vorgegebenen Durchschmelzzeitintervall zu nähern, und wenn das tatsächliche Schmelzintervall länger als der vorgegebene Wert ist, die Heizleistung des Drahts 6 um einen vorgegebenen Wert erhöht wird, wohingegen, wenn das tatsächliche Intervall kürzer ist, die Drahtheizleistung um einen vorgegebenen Wert verringert wird.
Wenn ein starker Drahtstrom zum Zeitpunkt des Durchschmelzens des überhitzten Drahts fließt, ist das Auftreten von Spritzern wahrscheinlich. Wenn andererseits der Drahtstrom mit unter 100 A relativ niedrig ist, oder wenn kein Strom fließt, so werden keine Spritzer gebildet. Wenn eine Drahtheizstromversorgung mit gepulstem Strom verwendet wird, kann die Spritzerbildung deutlich reduziert werden, indem eine Schaltung verwendet wird, die das Durchschmelzen durch Überhitzen des Drahts oder die Ablösung des Drahts vom Basismetall so steuert, daß sie in dem Zeitraum auftreten, in dem der Drahtstrom während oder unmittelbar vor Aufhebung der Drahterregung niedrig genug ist. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Zyklus des Drahtdurchschmelzens durch Überhitzung und des Steuerns, derart festgelegt wird, daß das Auftreten des Durchschmelzens zusammenfällt mit dem Beginn der Aufhebung der Drahterregung.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem der Vorgang des Ablösens des Zusatzdrahts 6 vom Basismetall 3 oder der Zustand des Getrenntseins des Zusatzdrahts 6 vom Basismetall 3 elektrisch erfaßt wird, ist durch Ändern der Proportionalitätskonstante natürlich auch auf eine im US-Patent 4 614 856 vorgeschlagene Steuervorrichtung anwendbar, bei der die Heizleistung zum Erhitzen des Drahts gesteuert wird durch Messung der tatsächlich an den Abschnitt e angelegten Leistung und Regeln dieser Leistung auf einen zur Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 6 proportionalen Wert. Die resultierende Steuervorrichtung ist zwar ziemlich kompliziert, es werden jedoch die Vorteile erreicht, daß die Reaktion auf eine plötzliche Änderung der Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 6 oder des Abschnitts e verbessert ist.
In ähnlicher Weise kann die Leistung auch gesteuert werden durch Aufbau einer Steuerschaltung, bei der das Quadrat des Effektivwerts des Drahtheizstroms proportional zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit ist und die proportionalitätskonstante gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geändert wird. Auf diese Weise wird die Reaktion auf eine abrupte Änderung des Abschnitts e des Zusatzdrahts 6 mit den Mitteln gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt und ist daher der Reaktion beim obengenannten Fall unterlegen. Trotzdem bleibt die Reaktion auf die Änderung der Drahtzufuhrgeschwindigkeit wie bei der obengenannten Ausgestaltung überlegen. Der Vorteil bei diesem Fall ist, daß die Drahtspannung nicht mehr an einem Punkt in nächster Nähe der Enden des Abschnitts e erfaßt werden muß, um nach dem obenbeschriebenen US-Patent 4 614 856 die Drahtheizleistung zu bestimmen, was bei der Schweißarbeit sehr beschwerlich ist.
Die vorliegende Erfindung, die oben mit Bezug auf eine Drahtheizstromversorgung mit Triac 16 beschrieben ist, ist nicht auf ein solches Verfahren beschränkt, sondern die Erfindung ist anwendbar auf ein beliebiges Verfahren, bei dem der Heizstrom für eine Pulsstromherzversorgung für einen gegebenen Zeitraum aufgehoben wird. Fig. 10 zeigt die Drahtanschlußspannung eines Systems mit einer Stromversorgung vom Wechselrichtertyp als zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Während des Abschnitts d der Fig. 10 wird fortlaufend geschweißt, der Draht 6 ist in Kontakt mit dem Basismetall 3 und die Spannung ist bei aufgehobenem Drahtstrom praktisch Null. Während des Zeitraums j ist der Draht 6 vom Basismetall 3 getrennt und während des Drahtstromaufhebungszeitraunis (f) erfaßt die Spitze des Drahts das Potential im Lichtbogenplasma. Wenn die Trennung der Draht spitze vom Basismetall erfindungsgemäß erfaßt wird, wird die Erregung beim nächsten Pulszeitraum (während des Abschnitts g) unterbrochen und so eine Störung des Lichtbogens verhindert.
Die vorangegangene Beschreibung betrifft ein Steuerverfahren, bei dem die Bedingung fast optimaler Heizleistung dadurch aufrechterhalten wird, daß der Zusatzdraht bis zum Punkt des Durchschmelzens vollständig überhitzt wird. Häufiges, mit Spritzen verbundenes Durchschmelzen ist jedoch nicht erwünscht. Um dies zu vermeiden, wird ein anderes Steuerverfahren vorgeschlagen, bei dem der Zeitpunkt unmittelbar vor dem Durchschmelzen aus einer Änderung des Drahtstroms, der Drahtspannung oder der Ausgangsanschlußspannung oder des daraus bestimmten Drahtwiderstands erfaßt wird.
Fig. 11 zeigt eine dritte Ausgestaltung der Drahtheizstromversorgung und der Steuerschaltung 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Steuerung 26 zum Erfassen des Zustands unmittelbar vor dem Durchschmelzen zu der Drahtheizstromversorgung und der Steuerschaltung aus Fig. 3 hinzugefügt ist.
In Fig. 11 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 3 dieselben Bauteile wie in Fig. 3.
In Fig. 11 erfaßt die Steuerung 26 in Reaktion auf ein Ausgangssignal Vc eines Stromdifferenzierungssensors 27, der die differenzierte Schwingungsform des Drahtstroms Iw erzeugt, den Zustand unmittelbar vor dem Durchschmelzen anhand der Änderung des Ausgangssignals Vc und schickt ein Zündsignal an die Gates der Thyristoren 28, 29, die direkt mit der Sekundärwindung des Haupttransformators 15 verbunden sind. Gleichzeitig wird ein Signal Vd an die Ein-Aus- Steuerschaltung 22 angelegt, um die Erregung des Triacs 16 aufzuheben, bis ein vorgegebener Zeitraum verstrichen ist. Dieser vorgegebene Zeitraum t wird mit Bezug auf das Signal Va von der Drahtkontaktzustandserfassungsschaltung 21 als Zeitdauer von der Wiederberührung des Drahts 6 mit dem Basismetall 3, falls er von diesem entfernt war, oder von der Erfassung des Punkts unmittelbar vor dem Durchschmelzen, falls er nicht davon entfernt war, bis zu dem Zeitpunkt eingestellt, zu dem der Draht 6 um 0,5 mm vorgeschoben worden ist. Auf diese Weise wird die Ausgabe des Haupttransformators 15 unmittelbar vor dem Durchschmelzen über die Thyristoren 28 und 29 geshuntet, was zu einer steilen Abnahme des Ausgangsstroms führt, so daß der überhitzte Draht scharfabgeschmolzen wird und sich keine Spritzer bilden. Die Erregung wird wieder aufgenommen, wenn der Draht 6 voll in Kontakt mit dem Schweißbad ist, und die angelegte Leistung ist geringfügig verringert, wodurch die Heizleistung ähnlich wie bei dem obenbeschriebenen Fall des Durchschmelzens gesteuert wird.
Fig. 12 zeigt die zeitlichen Änderungen des Heizstroms Iw des Zusatzdrahts 6, der Ausgangsspannung Vw der Heizstromversorgung, des in den Thyristor 28 fließenden Stroms It und der Ausgangsspannung Vc des Sensors 27 zur Erzeugung eines differenzierten Werts des Drahtstroms Iw des in Fig. 11 gezeigten Geräts. Zum Zeitpunkt a unmittelbar vor dem Durchschmelzen aufgrund übermäßiger Hitze nimmt der Widerstand des Zusatzdrahts 6 auf der Strecke e aufgrund der Zunahme des spezifischen Widerstandes mit der Temperatur und der Verringerung der Querschnittsfläche steil zu, mit dem Ergebnis, daß der Drahtstrom Iw steil abnimmt und gleichzeitig eine geringere Last den Spannungsabfall in der Stromversorgung reduziert, was zu einer erhöhten Ausgangsspannung Vw führt.
Die Schwingungsform des Stroms bei erregtem Draht 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 ist mit k in Fig. 12 bezeichnet, und die zugehörige differenzierte Schwingungsform ist mit 1 bezeichnet. Wenn der Draht 6 aufgrund der Überhitzung während der Erregung fast am Durchschmelzen ist, nimmt der Drahtstrom mit beträchtlich höherer Geschwindigkeit ab, als unter normalen Bedingungen. Die vom Stromdifferenzierungssensor 27 erfaßte differenzierte Schwingungsform des Drahtstroms nimmt, anders als die Drahterregungsschwingungsform 1 unter normalen Bedingungen die Form einer scharfen, hohen Spitze an, wie bei n gezeigt. Ein Komparator mit einem Schwellniveau geringfügig über dem Ausgangssignal des Differenzierungssensors 27 unter normalen Bedingungen, der in der Schmelzerfassungssteuerschaltung 26 vorgesehen ist, wird mit dem Ausgangssignal n beschaltet, und erkennt daher leicht, daß der Draht 6 wahrscheinlich durchschmelzen wird.
Aufgrund der Tatsache, daß unmittelbar vor dem Durchschmelzen der Widerstand des Drahts steil zunimmt und eine Änderung von Strom und Spannung bewirkt, kann der Zustand unmittelbar vor dem Durchschmelzen mit beträchtlicher Genauigkeit erfaßt werden.
Wenn in Fig. 12 erfaßt wird, daß zu einem Zeitpunkt a der Zustand unmittelbar vor dem Durchschmelzen eingetreten ist, wird die Erregung des Drahts sofort angehalten. Dabei wird der Draht in Kontakt mit dem Basismetall 3 gehalten, der Draht lost sich vom Basismetall 3 zum Zeitpunkt b. Da der Draht zum Zeitpunkt b nicht erregt ist, werden beim Lösen des Drahts vom Basismetall keine Spritzer erzeugt.
Nach dem bisherigen Stand der Technik sind 0,8 ms erforderlich, um ab Beginn des Durchschmelzens den Drahtstrom auf Null zu reduzieren. Gemäß der dritten Ausgestaltung jedoch, bei der ein Thyristor kurzgeschlossen wird, wird der Drahtstrom binnen 0,1 ms nach Beginn des Durchschmelzens auf Null reduziert.
Wie oben erläutert, wird gemäß der dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der Drahtstrom innerhalb eines im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren sehr kurzen Zeitraums nach Durchschmelzen des Drahts auf Null verringert, und daher werden die Spritzer, die andernfalls durch Durchschmelzen des überhitzten Drahts 6 erzeugt werden, sehr stark reduziert. Ein spezieller Vorteil der dritten Ausgestaltung ist, daß der durchgeschmolzene Draht 6 den Thyristor in den leitenden Zustand bringt, so daß die Erregung bis zum Nulldurchgang mit einer Schwingungsform weitergeht, die im wesentlichen gleich der normalen Schwingungsform des im Haupttransformator 15 fließenden Stroms ist, wonach die Erregung am Primärtriac 16 wieder gesperrt wird, bis die Spitze 6 in Kontakt mit dem Basismetall 3 kommt. Dadurch wird das Ungleichgewicht zwischen positiven und negativen Halbwellen des im Haupttransformator 15 fließenden Stroms weiter verringert, was zu dem Vorteil führt, daß der Haupttransformator seltener aufgrund der Gleichspannungskomponenten magnetisch polarisiert wird.
Fig. 13 zeigt eine vierte Ausgestaltung der Drahtheizstromversorgung und der Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Triac 35 ist mit dem Sekundärausgangsanschluß eines Haupttransformators 15 verbunden, und die Sekundärausgabe unmittelbar nach dem Durchschmelzen wird zum Zeitpunkt des Durchschmelzens kurzgeschlossen, um den dem Draht zugeführten Strom zu verringern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenbeschriebene Drahtheizstromversorgung mit Triac beschränkt, sondern kann mit gleicher Wirkung auf eine Drahtheizstromversorgung vom Wechselrichtertyp und dergleichen, in der ein Transistor verwendet wird, angewandt werden.
Als fünfte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt
Fig. 14 ein Beispiel für die Drahtstromschwingungsform Iw und die Ausgangsspannungsschwingungsform Vw einer Schaltung vom Wechselrichtertyp, die als Drahtheizstromversorgung verwendet wird. Diese Schwingungsformen entsprechen im wesentlichen Rechteckschwingungen, und der Drahtstrom wird zum Zeitpunkt des Durchschmelzens des erregten und überhitzten Drahts sehr schnell verringert. Es ist daher auch hier leicht möglich, den Zeitpunkt kurz vor dem Durchschmelzen aus der differenzierten Stromschwingungsform zu erfassen, und den Draht 6 umgehend zu entregen, wobei der Primärtransistor für Hochgeschwindigkeitsschalten, z. B. bei ca. 20 kHz verwendet wird. Trotz der periodischen Verringerung des Stroms durch eine pulsförmige Schwingungsform wird die normale Pulsstromform nicht beeinträchtigt, auch wenn die periodische Verringerung irrtümlicherweise als Überhitzungsdurchschmelzsignal erfaßt wird.
Das Durchschmelzen durch Überhitzung des Drahts 6 kann nicht nur, wie oben beschrieben, aus einer differenzierten Schwingungsform des Drahtstroms erfaßt werden, eine ähnliche Erfassung ist auch anhand der Änderung der Drahtspannung Vw möglich, wie in Fig. 14 gezeigt, wenn der Drahtstrom eine Form entsprechend einer Rechteckschwingung annimmt, wie etwa bei der Wechselrichterstromversorgung. Insbesondere wenn der Sekundärstrom bei herannahendem Durchschmelzen durch Überhitzung abnimmt, nimmt der Spannungsabfall in der Heizstromversorgung und den Stromkabeln ab, und die Sekundärausgangsspannung der Stromversorgung steigt, so daß die Erfassung anhand einer Änderung des differenzierten oder absoluten Werts der Ausgangsspannung unmittelbar vor oder zum Zeitpunkt des Durchschmelzens möglich ist.
Die Erfindung kann auch in einer Drahtheizstromversorgung verwirklicht werden, die einen stetigen Wechsel- oder Gleichstrom erzeugt, so wie bisher allgemein für das Heißdrahtschweißen verwendet. Als weitere Alternative kann eine Drahtheizstromversorgung verwendet werden, die einen gepulsten Wechselstrom erzeugt.
Anstelle der obenerwähnten Kombination der Heißdrahtschweißstromversorgung mit dem WIG-Lichtbogen zum Heißdraht-WIG-Schweißen kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Heißdrahtschweißvorgang angewandt werden, bei dem der Lichtbogen einer sich verzehrenden Elektrode für den Heißdrahtschweißvorgang eingesetzt wird, bei dem Spritzer die Elektrode nicht beschädigen, wodurch Spritzer vom Heißdraht im wesentlichen unterdrückt werden.
Anstelle der Drahtanschlußspannung Vw, die im allgemeinen zwischen dem Basismetall 3 und einer Kontaktspitze zur Erregung des Drahts 6 erfaßt wird, kann auch die Ausgangsanschlußspannung der Drahtheizstromversorgung erfaßt werden.
Es versteht sich aus der vorhergehenden Beschreibung, daß gemäß der vorliegenden Erfindung manueller Betrieb zum Einhalten der optimalen Drahtheizleistung beim Heißdrahtschweißvorgang im wesentlichen überflüssig ist. Genauer gesagt kann die richtige Drahtheizleistung stabil und automatisch aufrechterhalten werden, unabhängig von Änderungen von den Heißdrahtschweißvorgang beeinflussenden Faktoren wie etwa Lichtbogenstrom, Lichtbogenlänge, Material oder Form oder Zufuhrgeschwindigkeit des Zusatzdrahts, Länge oder Position oder Winkel der Einführung in das Schweißbad. Dadurch wird der Nachteil des Heißdraht-WIG-Schweißvorgangs, daß leicht ungeschmolzener Draht im Schweißmetall zurückbleibt, vollständig vermieden. Ferner wird die richtige Heizleistung automatisch aufrechterhalten, indem diese diversen Änderungen der Heizbedingungen automatisch einander angepaßt werden, was das halbautomatische Heißdrahtschweißen, das bislang auf beträchtliche Schwierigkeiten gestoßen ist, erheblich erleichtert.
Ferner sind beim vorbekannten Steuersystem für die Zuführung der der Drahtzufuhrgeschwindigkeit entsprechenden Drahtheizleistung eine Leistungserfassungsvorrichtung mit einem Hall-Element oder dergleichen zur Erfassung der Drahtheizleistung, sowie ein Drahtzufuhrgeschwindigkeitsdetektor erforderlich, und außerdem muß der Detektor zur Erfassung der Drahtspannung so nah wie möglich an den Enden der Strecke angeordnet werden, um die Heizleistung so genau wie möglich zu ermitteln, was die Verdrahtung für den Schweißvorgang verkompliziert. Bei vielen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist hingegen keine Erfassung der Drahtheizleistung erforderlich, sondern es muß nur die Ausgangsanschlußspannung der Drahtheizstromversorgung anstelle der Spannung am Abschnitt e ermittelt werden, was die Steuervorrichtung erheblich vereinfacht und ihre Kosten verringert.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung die richtige Drahtheizleistung vollautomatisch aufrechterhalten und Spritzer werden praktisch unterdrückt, so daß fortlaufendes Heißdrahtschweißen über lange Zeiträume möglich wird.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Schweißens bei einem Heißdraht schweißgerät mit einer Lichtbogenstromversorgung (4), einer Lichtbogenelektrode (2), die mit der Lichtbogenstromversorgung (4) verbunden ist, einem Zusatzdraht (6), der zu einem Schweißbad (11) führt, und einer Drahtheizstromversorgung (10) zum Erhitzen des Zusatzdrahts (6) durch elektrische Erregung, wobei ein pulsförmiger Gleich- oder Wechselstrom an den Zusatzdraht (6) angelegt wird, und wobei während des Entregungszeitraums des gepulsten Stroms erfaßt wird, ob der Zusatzdraht (6) in Kontakt mit dem Schweißbad (11) ist oder nicht, und der an den Zusatzdraht (6) angelegte Strom während der nachfolgenden Erregungsperiode gesperrt wird, wenn erfaßt worden ist, daß der Zusatzdraht (6) nicht in Kontakt mit dem Schweißbad (11) ist.

2. Verfahren zur Überwachung des Schweißens bei einem Heißdrahtschweißgerät mit einer Lichtbogenstromversorgung (4), einer Lichtbogenelektrode (2), die mit der Lichtbogenstromversorgung (4) verbunden ist, einem Zusatzdraht (6), der zu einem Schweißbad (11) führt, und einer Drahtheizstromversorgung (10) zum Erhitzen des Zusatzdrahts (6) durch elektrische Erregung, wobei die Heizleistung erhöht wird, bis der Zusatzdraht (6) schmilzt, und die Drahtheizleistung nach dem Schmelzen des Zusatzdrahts (6) unter übermäßiger Hitze kleiner als die Heizleistung unmittelbar vor dem Schmelzen des Zusatzdrahts (6) eingestellt wird, und die Drahtheizleistung wieder allmählich von dem niedrigeren Einstellwert aus erhöht wird, bis der Zusatzdraht (6) wieder unter übermäßiger Hitze schmilzt.

3. Heißdrahtschweißgerät mit einer Lichtbogenstromversorgung (4), einer Lichtbogenelektrode (2), die mit der Lichtbogenstromversorgung (4) verbunden ist, einem Zusatzdraht (6), der zu einem Schweißbad (11) führt, einer Drahtheizstromversorgung (10) zum Erhitzen des Zusatzdrahts (6) durch elektrische Erregung, einer Steuerschaltung (19) zum Steuern der an den Zusatzdraht

(6) angelegten Heizleistung, die einen pulsförmigen Gleich- oder Wechselstrom erzeugt, und einer Drahtkontakterfassungsschaltung (21), die während der Entregungszeiträume des Pulsstroms elektrisch erfaßt, ob der Zusatzdraht (6) mit dem Schweißbad (11) in Kontakt ist oder nicht, und wobei die Steuerschaltung (19) den an den Zusatzdraht (6) angelegten Strom während des nachfolgenden Erregungszeitraums sperrt, wenn erfaßt worden ist, daß der Zusatzdraht nicht in Kontakt mit dem Schweißbad (11) ist.

4. Heißdrahtschweißgerät mit einer Lichtbogenstromversorgung (4), einer Lichtbogenelektrode (2), die mit der Lichtbogenstromversorgung (4) verbunden ist, einem Zusatzdraht (6), der zu einem Schweißbad (11) führt, einer Drahtheizstromversorgung (10) zum Erhitzen des Zusatzdrahts (6) durch elektrische Erregung und einer Steuerschaltung (19) zum Steuern der an den Zusatzdraht (6) angelegten Heizleistung so, daß die Heizleistung erhöht wird, bis der Zusatzdraht (6) schmilzt und die Drahtheizleistung nach dem Schmelzen des Zusatzdrahts (6) unter übermäßiger Hitze niedriger als die Heizleistung unmittelbar vor dem Schmelzen des Zusatzdrahts (6) eingestellt wird, und die Drahtheizleistung wieder allmählich von dem niedrigeren Einstellwert aus erhöht wird, bis der Zusatzdraht (6) wieder unter übermäßiger Hitze schmilzt.

5. Heißdrahtschweißgerät nach Anspruch 4, bei dem die Stromversorgung (10) einen pulsförmigen Gleichstrom oder einen pulsförmigen Wechselstrom erzeugt.

6. Heißdrahtschweißgerät nach Anspruch 5, zusätzlich mit einer Drahtkontaktdetektorschaltung (21) mit

einer Anschlußspannungserfassungsschaltung (213) zum Erfassen der Anschlußspannung des Zusatzdrahts (6) oder der Ausgangsanschlußspannung der Drahtheizstromversorgung (10) während eines Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms, und

einer Komparatorschaltung (214) zum Vergleichen der von der Anschlußspannungserfassungsschaltung (213) erfaßten Spannung mit einer vorbestimmten Bezugsspannung (215), um während des Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms zu erfassen, ob der Zusatzdraht (6) in Kontakt mit dem Schweißbad (11) ist oder nicht, so daß, wenn der Zusatzdraht (6) nicht in Kontakt mit dem Schweißbad (11) während des Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms ist, ein Signal ausgegeben wird, um die Erregung während des unmittelbar auf den Entregungszeitraum des pulsförmigen Stroms folgenden Erregungszeitraums des pulsförmigen Stroms zu sperren.

7. Heißdrahtschweißgerät nach Anspruch 4, ferner mit

einer Drahtkontakterfassungsschaltung (21) zum elektrischen Erfassen eines Kontaktzustands des Zusatzdrahts (6) mit dem Schweißbad (11) und

einer Schaltung (23) zum Steuern der an den Zusatzdraht (6) angelegten Heizleistung, so daß, wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung (21) ein Signal erzeugt, das einen Übergang vom Kontaktzustand in einen Zustand mit kontaktlosem Draht anzeigt, die dem Zusatzdraht (6) zugeführte Heizleistung verringert wird, und wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung (21) ein Signal erzeugt, das anzeigt, daß der Zusatzdraht in Kontakt mit dem Schweißbad (11) ist, die dem Zusatzdraht (6) zugeführte Heizleistung allmählich erhöht wird.

8. Heißdrahtschweißgerät nach Anspruch 5 oder 6, ferner mit einer Schmelzerfassungsschaltung (34) zum Erfassen eines Schmelzvorgangs des Zusatzdrahts (6) durch Hitze während eines Erregungszeitraums des Zusatzdrahts (6), wobei die Steuerschaltung (19) auf der Grundlage eines Schmelzerfassungssignals von der Schmelzerfassungsschaltung (34) den Drahtstrom instantan und schnell verringert oder die Erregung während des Pulszeitraums des pulsförmigen Stroms beendet.

9. Heißdrahtschweißgerät nach Anspruch 8, bei dem die Schmelzerfassungsschaltung (34) eingerichtet ist, um den Schmelzprozeß des Zusatzdrahts (6) aus einer Änderung der differenzierten Schwingungsform des Drahtstroms zu erfassen.

10. Heißdrahtschweißgerät nach Anspruch 8, bei dem die Schmelzerfassungsschaltung (34) eingerichtet ist, um den Schmelzvorgang des Zusatzdrahts (6) aus einer Änderung der Schwingungsform der Drahtspannung zu erfassen.

11. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 10, ferner mit einer Schaltung, die ein parallel zum Zusatzdraht (6) geschaltetes Halbleiterschaltelement (28, 29, 35) enthält, wobei der Erregungsstrom für den Zusatzdraht (6) scharf reduziert wird, indem der Strom bei eingeschaltetem Halbleiterschaltelement (28, 29, 35) geshuntet wird.

12. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 11, ferner mit einer Steuerung (26) zum Verringern des Erregungsstroms für den Zusatzdraht (6) durch Shunten, und entweder zum Neustarten der Drahterregung nach einem vorgegebenen Zeitraum nach der Erfassung, daß der Draht während des Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms wieder in Kontakt mit dem Basismetall gekommen ist, oder zum Neustarten der Drahterregung nach dem Zuführen einer vorgegebenen Menge von Zusatzdraht (6), nach der Erfassung, daß der Zusatzdraht während des Entregungszeitraums des pulsförmigen Stroms in Kontakt mit dem Basismetall gekommen ist.

13. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem die Stromversorgung (10) einen pulsförmigen Strom auf der Grundlage eines Steuersignals von einer Schaltung (212) zum Bestimmen eines Drahtentregungszeitraums erzeugt.

14. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 13, ferner mit einer Schaltung (23) zum Erzeugen eines Bezugszeitintervalls, und bei dem die Steuerschaltung (10) die Zunahmegeschwindigkeit der Drahtheizleistung erhöht, wenn das Zeitintervall der Signale von der Schmelzerfassungsschaltung (34) und/oder der Drahtkontakterfassungsschaltung (21) länger als ein Bezugszeitintervall ist, und die Zunahmegeschwindigkeit der Drahtheizleistung verringert, wenn das Zeitintervall kürzer als das Bezugszeitintervall ist.

15. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 13, ferner mit einer Schaltung (23) zum Erzeugen eines Bezugszeitintervalls, und bei dem die Steuerschaltung (10) die Drahtheizleistung um einen vorgegebenen Betrag erhöht, wenn das Zeitintervall der Signale von der Schmelzerfassungsschaltung (34) und/oder der Drahtkontakterfassungsschaltung (21) länger als das Bezugszeitintervall ist, und die Drahtheizleistung um einen vorgegebenen Betrag verringert, wenn dieses Zeitintervall kürzer als das Bezugszeitintervall ist.

16. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 13, ferner mit einer Schaltung (23) zum Erzeugen eines Signals, das der Drahtheizleistung und dem Quadrat des Effektivwerts des Drahtstroms in Proportion zur Drahtzufuhrgeschwindigkeit entspricht, und bei dem die Steuerschaltung (10) die an den Zusatzdraht (6) angelegte Leistung durch Regeln von dessen Proportionalitätskonstante steuert.

17. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 16, bei dem:

- die Steuerschaltung (19) ein Halbleiterschaltelement (16) umfaßt;

- eine Einstellschaltung (24) vorgesehen ist, um eine Spannungsrampengeschwindigkeit und eine Spannungsverringerungsschwelle einzustellen;

- die Schaltung (23) ein Signal von der Drahtkontakterfassungsschaltung (21) und eine Spannung von der Einstellschaltung (24) empfängt und eine Spannung (Vb) an die Steuerschaltung (10) zum Steuern des Erregungszeitraums des pulsförmigen Stroms ausgibt, und

- die Steuerschaltung (10) eine Pulsformerschaltung (20) umfaßt, die ein Signal (Va) von der Drahtkontakterfassungsschaltung (21) und die Spannung (Vb) von der Schaltung (23) empfängt, um den Erregungszeitraum des pulsförmigen Drahtheizstroms durch Betätigen des Schaltelements (16) in Proportion zur Spannung von der Schaltung (23) zu betätigen, wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung (21) das Kontaktsignal erzeugt, und um die Erregung des Zusatzdrahts (6) für einen vorgegebenen Zeitraum zu sperren und die Drahterregung danach durch Betätigen des Schaltelements (16) neu zu starten, wenn die Drahtkontakterfassungsschaltung (21) das Nichtkontaktsignal erzeugt.

18. Heißdrahtschweißgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 17, mit

einem Stromdifferenzierungssensor (27) zum Erfassen des Drahtstroms und zum Ausgeben eines Signals (Vc) der differenzierten Schwingungsform des Drahtstroms (Iw), und

einer Steuerung (26), die das Signal (Vc) vom Stromdifferenzierungssensor (27) empfängt, um den Drahtzustand unmittelbar vor dem Schmelzen zu erfassen, und die den Drahtheizstrom der Steuerschaltung (19) schnell verringert.