DE4023419C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Wechselstrom-WIG-Schweißprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Wechselstrom-WIG-Schweißprozesses, wie sie im einzelnen im Patentanspruch 1 bzw. im Patentanspruch 13 jeweils im Oberbegriff definiert sind.

Eine entsprechende Schweißstromquelle und ihre Arbeitsweise sind aus US 48 76 433 A bekannt. Diese bekannte Schweißstromquelle liefert eine hohe Spannung für die Wiederzündung eines Schweißlichtbogens nach der Polaritätsumkehr des Schweißstroms, um die Gefahr einer Beschädigung von Schaltkreiselementen auszuschließen und um eine stabile und zuverlässige Polaritätsumkehr sicherzustellen, wobei außerdem das Auftreten einer Spannungsspitze im Hauptstromkreis während der Polaritätsumkehr eines großen Stromes verhindert oder alternativ der Schweißstrom während der Polaritätsumkehr so gesteuert werden soll, daß eine Spannungsspitze während der Stromumkehr unterdrückt wird.

Eine Änderung der Einbrenntiefe erfolgt wie bisher auch sonst durch eine Änderung der thermischen Energie über den Schweißstrom oder die Schweißspannung, wobei zwischen der thermischen Energie, dem Schweißstrom, der Schweißspannung und der Schweißgeschwindigkeit eine definierte Beziehung besteht.

Eine ähnliche Arbeitsweise ist im übrigen auch in einem Artikel von K. Iversen und B. Schellong in "Praktiker" 9/83, S. 400, 402 behandelt. Dabei kommt es zu einem Pulsieren des Lichtbogens. Der Mittelwert des Schweißstroms wird geändert, während seine Frequenz konstant bleibt. Der Schweißstrom wird durch einen Gleichstrom gesteuert, und die verwendete Elektrode ist eine Schmelzelektrode. Eine Regelung ist zwar für die Lichtbogenlänge, nicht aber für die Einbrenntiefe vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Wechselstrom-WIG-Schweißprozesses zu schaffen, mit deren Hilfe sich die Einbrenntiefe beim Schweißen verändern läßt, ohne daß dazu die thermische Energie verändert werden muß.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowohl des Verfahrens als auch der Vorrichtung ergeben sich jeweils aus den entsprechenden Unteransprüchen.

Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Mittelwert des Schweißstroms konstantzuhalten, obwohl die Frequenz des Schweißstroms geändert wird.

Die Erfindung ermöglichst insbesondere ein sehr effektives Lichtbogenschweißen von Aluminium und von Aluminiumlegierungen.

Im Rahmen der Erfindung kann ein eingangsseitiger Gleichstrom/Wechselstrom- Wandler so gesteuert werden, daß am Ausgang eines ausgangsseitigen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers ein Strom abgegeben wird, dessen Mittelwert auf einem Schweißstromwert gehalten wird, der für alle Frequenzen des Ausgangswechselstroms der ausgangsseitigen Gleichstrom/Wechselstrom- Wandlers mittels e ines Schweißstrom-Einstellelements einstellbar ist. Außerdem kann die Frequenz des Ausgangswechselstroms beliebig eingestellt werden. Wenn der Mittelwert des an den ausgangsseitigen Gleichstrom/Wechselstrom- Wandlers gelieferten Stroms auf dem am Schweißstrom-Einstellelement eingestellten Schweißstromwert gehalten wird, erfährt der Lichtbogendruck für jede Fequenz des Ausgangswechselstroms in Abhängigkeit von einer Erhöhung oder Absenkung der Wechselstromausgangsfrequenz eine Erhöhung oder eine Erniedrigung. Darüber hinaus verändert sich die Einbrenntiefe in Abhängigkeit vom Lichtbogendruck. Daher läßt sich die Einbrenntiefe durch Änderung der Frequenz des Ausgangswechselstroms steuern.

Weiter kann die Wechselstromfrequenz in Abhängigkeit vom Schweißstrom so gesteuert werden, daß eine Zunahme des Schweißstroms eine exponentielle Abnahme der Wechselstromfrequenz zur Folge hat. Das bedeutet, daß sich bei konstantgehaltener Wechselstromfrequenz der Lichtbogendruck erhöht, wenn der Wert des Schweißstroms größer wird. Wenn sich andererseits bei konstantem Schweißstrom die Wechselstromfrequenz ändert, steigt der Maximalwert für den Lichtbogendruck mit zunehmender Wechselstromfrequenz auf einen Wert an, der in der Nähe des maximalen Lichtbogendrucks beim EN-Gleichstrom- Schweißen liegt.

Da die Wechselstromfrequenz bei ihrer Steuerung in Abhängigkeit vom Schweißstrom im Schwachstrombereich hoch liegt, wird der Lichtbogen in diesem Bereich, in dem er sonst nicht konzentriert wäre, konzentriert. Aufgrund der niedrigen Wechselstromfrequenz im Starkstrombereich, in dem der Lichtbogendruck sonst übermäßig konzentriert wäre, können nachteilige Auswirkungen wie etwa Einbrandkerben verhindert werden.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich die Einbrenntiefe durch Änderung allein der Wechselstromfrequenz steuern, ohne daß es einer Änderung des Schweißstromes oder der Dekapierungsbreite bedarf. Dabei ist hier unter Dekapierungsbreite der beidseits über die Breite der Schweißraupe hinausreichende Bereich zu verstehen, in dem der Lichtbogen unter Inertschutzgas eine als Reinigung bezeichnete Entfernung von Oxidschichten zur Folge hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher er­ läutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Schweißvorrichtung gemäß einer er­ sten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Graphen zur Erläuterung von Schweißpro­ zeß-Ergebnissen;

Fig. 4 einen Graph, der die Beziehung zwischen der Frequenz und dem Lichtbogendruck an­ gibt;

Fig. 5 einen Graph zur Erläuterung des beim WIG- Schweißen entstehenden Lichtbogendrucks;,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Schweißvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Schweißstrom und der Wechselstromfre­ quenz angibt;

Fig. 8 einen Graph zur Erläuterung der Lichtbo­ genkonzentration während und nach dem Schweißen;

Fig. 9 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Schweißstrom und dem maximalen Licht­ bogendruck angibt;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Schweißvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer weiteren Schweißvorrichtung;

Fig. 12 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer weiteren Schweißvorrichtung;

Fig. 13 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus einer Schweißvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfin­ dung;

Fig. 14 einen Graph, der die Beziehung zwischen der Lichtbogenspannung und der Wechsel­ stromfrequenz angibt, mittels der die Einbrandtiefe auf einem festen Wert ge­ halten wird;

Fig. 15 einen Graph zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Wechselstromfrequenz und dem Lichtbogendruck;

Fig. 16 einen Graph zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Lichtbogendruck und der Ein­ brandtiefe;

Fig. 17 einen Graph zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Lichtbogenlänge und der Ein­ brandtiefe in einer fünften Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 18 bis 20 Graphen zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;

Fig. 21, 22 Graphen, die Ergebnisse der Schweißpro­ zesse angeben;

Fig. 23 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Schweißvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 24 bis 26 Graphen zur Erläuterung der Wellenformen der Schweißströme; und

Fig. 27 eine Darstellung zur Erläuterung der festgesetzten Werte für die den Schweiß­ zuständen zugehörigen Faktoren.

In Fig. 1 ist der Aufbau einer Schweißvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.

Die Schweißvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform um­ faßt einen Gleichrichter 1, der an der Eingangsseite des Systems angeordnet ist und einen Wechselstrom mit Netz­ frequenz in einen Gleichstrom umwandelt, einen eingangs­ seitigen Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 2, der aus MOS-FETs aufgebaut ist und den Gleichstrom in einen hoch­ frequenten Wechselstrom von ungefähr 20 Hz umwandelt, eine Impulsbreitensteuerschaltung 3, die die Impulsbreite des Hochfrequenzwechselstroms steuert, einen Schweiß­ transformator 4, dessen Eingangsseite mit der Ausgangs­ seite des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters 2 verbunden ist, einen an der Ausgangsseite des Systems angeordneten Gleichrichter 5, der mit der Ausgangsseite des Schweiß­ transformators 4 verbunden ist, einen Stromsensor 6, eine Gleichstromreaktanzspule 7 zum Glätten der vom ausgangs­ seitigen Gleichrichter 5 gleichgerichteten Gleichstrom­ ausgabe und einen an der Ausgangsseite angeordneten Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 8, der den Gleichstrom erneut in einen Wechselstrom transformiert. In diesem Aufbau wird der ausgangsseitige Gleichstrom-Wechselstrom- Konverter 8 von einer Treiberschaltung 12 auf der Grund­ lage eines Signals gesteuert, das in einem Rechteckwel­ lengenerator 11 aufgrund von Signalen erzeugt wird, die von einem Frequenz-Einstellelement 9 bzw. von einem Ele­ ment 10 zum Einstellen eines variablen EP-Periodenver­ hältnisses (EP-Periodenverhältnis = EP-Periode/(EP-Peri­ ode + EN-Periode)) geschickt werden. Der Gleichstrom- Wechselstrom-Konverter 8 liefert die Wechselstromausgabe an einen Ort zwischen der an einem Schweißbrenner 13 be­ festigten Elektrode 14 und einem Grundmetall 15.

Dieser Aufbau umfaßt ferner ein Schweißstrom-Einstellele­ ment 16, das über einen Differenzverstärker 17 mit der Impulsbreitensteuerschaltung 3 verbunden ist. Außerdem ist der Differenzverstärker 17 mit dem Stromsensor 6 ver­ bunden.

Nun wird der Betrieb dieses Aufbaus beschrieben. Während des Schweißprozesses wird durch das Schweißstrom- Einstellelement 16 ein Schweißstromwert eingestellt, wäh­ rend das Frequenz-Einstellelement 9 und das Element 10 zum Einstellen eines variablen EP-Periodenverhältnisses dazu verwendet werden, eine Frequenz der Wechselstromaus­ gabe bzw. ein EP-Periodenverhältnis festzulegen.

Während des Schweißens liefert der ausgangsseitige Gleichrichter 5 an den ausgangsseitigen Gleichstrom-Wech­ selstrom-Konverter 8 einen Gleichstrom. Der Stromsensor 6 ermittelt den Wert des Gleichstroms und schickt diesen Wert an den Differenzverstärker 17. Der Differenzverstär­ ker 17 vergleicht den vom Stromsensor 6 gemessenen Strom­ wert mit dem Stromwert, der vom Schweißstrom-Einstellele­ ment 16 eingestellt worden ist, um so die Impulsbreiten­ steuerschaltung 3 zu steuern und einen Mittelwert des durch den Stromsensor 6 fließenden Stroms derart festzu­ setzen, daß er gleich dem Schweißstromwert ist. Das be­ deutet, daß ungeachtet der Veränderung der Frequenz, die vom Frequenz-Einstell-Element 9 eingestellt worden ist, der Mittelwert des durch den Stromsensor 6 fließenden Stroms auf einem Wert gehalten wird, der dem Schweiß­ stromwert entspricht.

Nun werden die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Steuerung eines Wechselstrom-WIG-Schweißprozesses beschrieben.

In Fig. 2 ist ein Graph gezeigt, der die Ergebnisse der Schweißeinbrandtiefe PD, der Schweißlagenbreite BW und der Dekapierungsbreite CW angibt, wenn auf einer Platte aus einer Aluminiumlegierung (A5052) mit einer Dicke von 3 mm ein WIG-Schweißprozeß ausgeführt wird, wobei fol­ gende Bedingungen gelten: Schweißstrom 100 A, EP-Pe­ riodenverhältnis 30%, Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmetall 3 mm, Schweißgeschwindigkeit 300 mm/min, Schutzgas(Argongas)-Strömungsrate 10 Liter/min.

In Fig. 3 ist ein Graph gezeigt, der die Ergebnisse der Einbrandtiefe PD, der Schweißlagenbreite BW und der Deka­ pierungsbreite CW angibt, wenn auf einer Platte aus Alu­ minium (A1100) mit einer Dicke von 6 mm ein WIG-Schweiß­ prozeß ausgeführt wird, wobei folgende Bedingungen gel­ ten: Schweißstrom 200 A, EP-Periodenverhältnis 30%, Ab­ stand zwischen der Elektrode und dem Muttermaterial 3 mm, Schweißgeschwindigkeit 250 mm/min, Schutzgas(Argongas)- Strömungsrate 15 Liter/min.

In beiden Fällen nimmt die Einbrandtiefe zu, wenn die Frequenz erhöht wird. Anhand der Graphen wird verständ­ lich, daß die Ergebnisse in hohem Maß mit der Änderung des in Fig. 4 gezeigten Lichtbogendrucks übereinstimmen. In Fig. 5 ist der auf ein Grundmetall angewendete Licht­ bogendruck in Abhängigkeit vom Abstand der Elektrode ge­ zeigt, während in Fig. 4 die Veränderung des in Fig. 5 gezeigten Spitzenwertes des Lichtbogendruckes gezeigt ist.

Es wird deutlich, daß die Frequenz der Wechselstromaus­ gabe erhöht oder erniedrigt wird, wenn die Schweißein­ brandtiefe größer bzw. kleiner wird.

In dieser Hinsicht hängt die Veränderung der Frequenz von der Zunahme bzw. der Abnahme der EP-Periode ab, von der nicht angenommen wird, daß sie durch das Gesamt-EP-Perio­ denverhältnis beeinflußt wird. Zur Bestätigung dieses Sachverhalts ist der WIG-Schweißprozeß bei verschiedenen EP-Periodenverhältnissen ausgeführt worden. Es hat sich herausgestellt, daß die Einbrandtiefe wie in dem Fall mit dem EP-Periodenverhältnis von 30% erhöht oder erniedrigt wurde, wenn die Frequenz zugenommen bzw. abgenommen hat.

Es wird festgestellt, daß auch eine umfassendere Ein­ brandtiefensteuerung möglich ist, indem die der erfin­ dungsgemäßen Frequenzsteuerung zugeordnete Schweißprozeß­ steuerung mit der in JP 54-12 155-A beschriebenen Ein­ brandtiefensteuerung, in der das Verhältnis zwischen der EN-Periode und der EP-Periode geändert wird, kombiniert wird.

Des weiteren sind das Grundmetall und die Schweißbedin­ gungen, wie sie der vorliegenden Erfindung eigentümlich sind, nicht auf diejenigen der oben beschriebenen Ausfüh­ rungsform beschränkt. Ähnlich vorteilhafte Wirkungen sind sowohl beim Wechselstrom-Plasma-Schweißen als auch beim WIG-Schweißen erzielbar.

Wie oben beschrieben, kann gemäß der ersten Ausführungs­ form die Einbrandtiefe bei konstant gehaltenem Schweiß­ strom durch die Änderung der Frequenz gesteuert werden. Folglich können die Schweißbedingungen leicht realisiert werden, so daß ein geeigneter Schweißprozeß in Abhängig­ keit von den dem Schweißprozeß unterworfenen Gegenständen vorteilhaft und mit der erforderlichen Schweißqualität ausgeführt werden kann.

In Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Schweißvorrichtung gezeigt.

Der Aufbau dieser Ausführungsform umfaßt einen Gleich­ richter 1, der an der Eingangsseite des Systems angeord­ net ist und einen Wechselstrom mit Netzfrequenz in einen Gleichstrom gleichrichtet, einen eingangsseitigen Gleich­ strom-Wechselstrom-Konverter 2, der aus MOS-FETs aufge­ baut ist und den Gleichstrom in einen hochfrequenten Wechselstrom von ungefähr 20 kHz umwandelt, eine Impuls­ breitensteuerschaltung 3 zur Steuerung der Impulsbreite des Hochfrequenzwechselstroms, einen Schweißtransformator 4, dessen Eingangsseite mit dem eingangsseitigen Gleich­ strom-Wechselstrom-Konverter 2 verbunden ist, einen an der Ausgangsseite des Systems angeordneten Gleichrichter 5, der mit der Ausgangsseite des Schweißtransformators 4 verbunden ist, einen Stromsensor 6, eine Gleichstromreak­ tanzspule 7 zum Glätten der vom ausgangsseitigen Gleich­ richter 5 gleichgerichteten Gleichstromausgabe und einen an der Ausgangsseite angeordneten Gleichstrom-Wechsel­ strom-Konverter 8, der den Gleichstrom erneut in einen dem Wechselstrom-Schweißen dienenden Wechselstrom trans­ formiert. In diesem Aufbau wird der ausgangsseitige Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 8 durch eine Treiber­ schaltung 12 auf der Grundlage eines Signals gesteuert, das von einem Rechteckwellengenerator 11 durch Signale erzeugt wird, die von einem Frequenz-Einstellelement 9 bzw. von einem Element 10 zum Einstellen eines variablen EP-Periodenverhältnisses (EP-Periodenverhältnis = EP-Pe­ riode/(EP-Periode + EN-Periode)) geschickt werden. Der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 8 liefert die Wechsel­ stromausgabe an einen Ort zwischen einer an einem Schweißbrenner 13 befestigten Elektrode 14 und einem Grundmetall 15.

Der Aufbau umfaßt ferner ein Schweißstrom-Einstellelement 16, das über einen Differenzverstärker 17 mit der Impuls­ breitensteuerschaltung 3 und über einen Funktionsgenera­ tor 18 mit dem Frequenz-Einstellelement 9 verbunden ist.

Das Frequenz-Einstellelement 9 erzeugt eine Ausgabe, die durch einen Funktionsgenerator 18, der in Abhängigkeit von einem im Schweißstrom-Einstellelement 16 eingestell­ ten Schweißstromwert ein vorgegebenes Frequenzsteuersi­ gnal erzeugt, gesteuert wird. Das heißt, daß das Fre­ quenz-Einstellelement 9 eine Wechselstromfrequenz ein­ stellt, die in Abhängigkeit vom vom Schweißstrom-Ein­ stellelement 16 eingestellten Schweißstromwert exponen­ tiell variiert, wie in Fig. 7 durch die Kennlinie (i) an­ gegeben ist.

Außerdem ist der Differenzverstärker 17 mit dem Stromsen­ sor 6 verbunden, der einen Wert des vom Gleichrichter 5 an den Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 8 gelieferten Stroms ermittelt und diesen Stromwert an den Differenz­ verstärker 17 liefert. Während des Schweißbetriebs ver­ gleicht der Differenzverstärker 17 den vom Stromsensor 6 erhaltenen Stromwert mit dem vom Schweißstrom-Einstell­ element 16 eingestellten Schweißstromwert. Auf der Grund­ lage des Vergleichsergebnisses steuert der Differenzver­ stärker 17 die Impulsbreitensteuerschaltung 3 so, daß der Mittelwert des durch den Stromsensor 6 fließenden Stroms gleich dem Schweißstromwert wird. Daher wird der Mittel­ wert des durch den Stromsensor 6 fließenden Stroms unge­ achtet der Veränderung der vom Frequenz-Einstellelement 9 eingestellten Frequenz auf einem Wert festgehalten, der dem Schweißstromwert entspricht. Das in Fig. 6 gezeigte System umfaßt ferner ein Einstellelement 19, mit dem eine Feineinstellung der Wechselstromfrequenz erzielt wird. Damit kann die Schweißprozeß-Bedienungsperson eine Fein­ einstellung der vom Frequenz-Einstellelement 9 einge­ stellten Wechselstromfrequenz vornehmen.

Vor Beginn des Schweißprozesses stellt die Bedienungsper­ son mittels des Schweißstrom-Einstellelementes 16 und des Elementes 10 zum Einstellen eines EP-Periodenverhältnis­ ses einen Schweißstrom bzw. eine mit der Dekapierungs­ breite in Beziehung stehende EP-Periode ein.

Nun werden mit Bezug auf Fig. 8 die Ergebnisse des Schweißprozesses beschrieben. In Fig. 8 sind die ausge­ werteten Ergebnisse der Lichtbogenkonzentration während des Schweißens und das Erscheinungsbild der Schweißlage des Schweißresultates gezeigt. Dieser Graph enthält zu­ sätzlich zu den Ergebnissen des Wechselstrom-WIG-Schweiß­ prozesses gemäß dieser Ausführungsform weitere Ergebnisse von Schweißprozessen, in denen der Schweißstrom bzw. die Wechselstromfrequenz geändert worden sind. Die Schweiß­ operationen sind mit einem EP-Periodenverhältnis von 30% ausgeführt worden.

Die Punkte auf der Kurve A stellen Schweißergebnisse dar, die bei Anwendung dieser Ausführungsform erhalten wurden und sowohl eine hohe Konzentration des Lichtbogens und ein gutes Erscheinungsbild der Schweißlagen als auch eine zufriedenstellende Einbrandtiefe anzeigen. Hierbei ist in einem Bereich X, in dem die Wechselstromfrequenz niedri­ ger als die durch die unterbrochene Linie (a) von Fig. 8 bezeichnete Frequenz ist, der Lichtbogen auch dann nicht zufriedenstellend konzentriert, wenn der Schweißstrom er­ höht wird, außerdem ist die Schweißbasis nicht gut ausge­ richtet, so daß sich die Schweißlagenbreite leicht ändern könnte; schließlich wird die Hinzufügung des Zusatzstoffs verschlechtert.

In einem Bereich Y oberhalb der unterbrochenen Linie (b) von Fig. 8, der einem Bereich übermäßiger Konzentration des Lichtbogens entspricht, tritt eine große Veränderung des Schmelzbades auf, die möglicherweise eine Nahtein­ brandkerbe und einen abgesenkten Bereich in der Mitte der Schweißlage zur Folge haben könnte.

Das heißt, daß in einem die Kurve (A) enthaltenden Be­ reich (Z), also in einem Bereich, der von den Bereichen (X) und (Y) verschieden ist, die für einen normalen Schweißvorgang geeigneten Bedingungen erfüllt werden. Um folglich in dieser Ausführungsform die Lichtbogenkonzen­ tration in einem Schwachstrombereich zu verbessern und die Mängel der Schweißlagenform in einem Starkstrombe­ reich zu unterdrücken, wird ein Wechselstrom mit einer Kennlinie bereitgestellt, die ein exponentielles Verhal­ ten, wie es durch die Kennlinie (i) von Fig. 7 gezeigt ist, zeigt, wobei die Netzfrequenz als untere Grenze ge­ setzt wird. Zur Vereinfachung des Aufbaus des Funktions­ generators 18 kann jedoch die Kennlinie des Wechselstroms linear ausgebildet werden, wie durch die Kennlinie (ii) von Fig. 7 gezeigt ist. Ferner kann auch eine Kombination von mehreren geraden Linien, eine Kombination von Kurven oder eine Kombination von geraden Linien und Kurven zur Anwendung kommen. Außerdem kann die Kennlinie stufenweise geändert werden.

Im Bereich (Z) ist die Lichtbogenkonzentration in der Um­ gebung der Kurve (b), die einer eher hohen Wechselstrom­ frequenz entspricht, zufriedenstellender. Das heißt, daß die Handhabbarkeit in diesem Bereich beispielsweise bei einem Kehlnahtschweißen erhöht wird.

Wie oben beschrieben, nimmt bei konstant gehaltener Wech­ selstromfrequenz und einem veränderten Schweißstrom der unmittelbar unterhalb der Elektrode auftretende Lichtbo­ gendruck (der im folgenden als maximaler Lichtbogendruck bezeichnet wird) zu, wenn der Schweißstrom größer wird; dieser Sachverhalt ist in Fig. 9 gezeigt.

Wenn andererseits der Schweißstrom auf einem festen Wert konstant gehalten wird und die Wechselstromfrequenz ver­ ändert wird, verändert sich der maximale Lichtbogendruck, wie in Fig. 4 gezeigt ist; wenn die Wechselstromfrequenz (ac) höher wird, nimmt der maximale Lichtbogendruck einen Wert in der Nähe des maximalen Lichtbogendrucks der EN- Gleichstrom-Schweißens an.

Wenn daher die Wechselstromfrequenz in Abhängigkeit vom Schweißstrom gemäß der in Fig. 7 gezeigten Kennlinie (i) gesteuert wird, wird der Lichtbogen aufgrund der hohen Frequenz im Schwachstrombereich, in dem der Lichtbogen sonst nicht konzentriert würde, konzentriert. Außerdem können im Starkstrombereich, in dem der Lichtbogen norma­ lerweise übermäßig konzentriert ist, eine Nahteinbrand­ kerbung und ähnliches verhindert werden, weil die Wech­ selstromfrequenz hier niedrig ist.

Wie oben im einzelnen beschrieben worden ist, wird in der zweiten Ausführungsform die Wechselstromfrequenz in Ab­ hängigkeit vom Schweißstrom verändert. Das heißt, daß im Schwachstrombereich, dem eine niedrige Konzentration des Lichtbogens eigentümlich ist, der Lichtbogen viel stärker konzentriert wird; andererseits wird im Starkstrombe­ reich, dem eine übermäßige Konzentration des Lichtbogens eigentümlich ist, die Lichtbogenkonzentration durch die Absenkung der Wechselstromfrequenz erniedrigt, um nach­ teilige Wirkungen wie etwa ein mangelhaftes Schweißlagen­ erscheinungsbild zu verhindern. Folglich kann in einem weiten Bereich des Schweißstroms ein optimaler Lichtbogen automatisch erstellt werden, was sich in einer erheblich verbesserten Schweißfunktion auswirkt.

In Fig. 10 ist eine dritte Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Wechselstrom-WIG-Schweißvorrichtung gezeigt.

Der Aufbau dieser Vorrichtung umfaßt einen Gleichrichter 101, der an der Eingangsseite des Systems angeordnet ist und den Wechselstrom mit Netzfrequenz in einen Gleich­ strom transformiert, einen eingangsseitigen Gleichstrom- Wechselstrom-Konverter 102, der aus MOS-FETs aufgebaut ist und den Gleichstrom in einen hochfrequenten Wechsel­ strom von ungefähr 20 kHz umformt, eine Impulsbreiten­ steuerschaltung 103 zur Steuerung der Impulsbreite des Hochfrequenzwechselstroms, einen Schweißtransformator 104, dessen Eingangsseite mit dem eingangsseitigen Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 2 verbunden ist, einen an der Ausgangsseite des Systems angeordneten Gleichrich­ ter 105, der mit der Ausgangsseite des Schweißtransforma­ tors 104 verbunden ist und den Hochfrequenzwechselstrom wieder in einen Gleichstrom umwandelt, einen Stromsensor 106, eine Gleichstromreaktanzspule 107 zum Glätten der vom ausgangsseitigen Gleichrichter 105 transformierten Gleichstromausgabe und einen an der Ausgangsseite ange­ ordneten Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 108 zum er­ neuten Transformieren des Gleichstroms in einen Wechsel­ strom, der dem Wechselstrom-Schweißen dient. In diesem Aufbau wird der ausgangsseitige Gleichstrom-Wechselstrom- Konverter 108 durch eine Treiberschaltung 112 auf der Grundlage eines Signals gesteuert, das von einem Rechteckwellengenerator 111 durch Signale erzeugt wird, die von Frequenz-Einstellelementen 109a und 109b, die später beschrieben werden bzw. von einem Element 110 zum Einstellen eines variablen EP-Periodenverhältnisses (EP- Periodenverhältnis = EP-Periode/(EP-Periode + EN-Peri­ ode)) geschickt werden. Der Gleichstrom-Wechselstrom-Kon­ verter 108 liefert eine Wechselstromausgabe an einen Ort zwischen einer an einem Schweißbrenner 113 befestigten Elektrode 114 und einem Grundmetall 115.

Das System umfaßt ferner eine Schalteinheit 116 und ein Schweißbedingungs-Einstellelement 117, das in Abhängig­ keit des Schweißprozeßverfahrens Schweißbedingungen aus­ wählt. Das Einstellelement 117 wählt eine der Kontakt­ punkte der Schalteinheit 116 aus, um eine der Frequenz- Einstellelemente 109a oder 109b mit dem Rechteckwellenge­ nerator 111 zu verbinden.

Der Aufbau umfaßt ferner ein Schweißstrom-Einstellelement 118, das über einen Differenzverstärker 119 mit der Im­ pulsbreitensteuerschaltung 103 verbunden ist. Während des Schweißbetriebs vergleicht der Differenzverstärker 119 den vom Stromsensor 106 ermittelten und als Eingabestrom an den ausgangsseitigen Gleichstrom-Wechselstrom-Konver­ ter 108 gelieferten Stromwert mit einem vom Schweißstrom- Einstellelement 118 eingestellten Schweißstromwert, um die Impulsbreitensteuerschaltung 103 so zu steuern, daß sie den Mittelwert des durch den Stromsensor 106 fließen­ den Stroms gleich dem Stromwert des Schweißstroms setzt.

Das bedeutet, daß der Mittelwert des durch den Stromsen­ sor 6 fließenden Stroms für die Frequenz-Einstellelemente 109a und 109b auf einem Wert gehalten wird, der gleich dem Schweißstromwert ist.

Nun wird der Betrieb dieser Ausführungsform beschrieben. Vor dem Schweißprozeß wird in Abhängigkeit vom Grundmate­ rial eines zu schweißenden Gegenstandes mittels des Schweißstrom-Einstellelementes 118 ein Schweißstrom im voraus eingestellt; ferner werden mittels der Frequenz- Einstellelemente 109a und 109b bzw. mittels des Elementes 110 zum Einstellen des EP-Periodenverhältnisses eine Wechselstromfrequenz und ein EP-Periodenverhältnis einge­ stellt. Hierbei wird die Frequenz der Wechselstromausgabe durch Bezugnahme auf im voraus aufbereitete Daten, bei­ spielsweise auf den Graph von Fig. 2 oder von Fig. 3, eingestellt. Der in Fig. 2 gezeigte Graph gibt die Daten der Einbrandtiefe PD, der Schweißlagenbreite BW und der Dekapierungsbreite CW an, wenn auf einer Platte aus einer Aluminiumlegierung (A5052) mit einer Dicke von 3 mm ein WIG-Schweißprozeß ausgeführt wird, wobei folgende Bedin­ gungen gelten: Schweißstrom 100 A, EP-Periodenverhältnis 30%, Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmetall 3 mm, Schweißgeschwindigkeit 300 mm/min und Schutz­ gas(Argongas)-Strömungsrate 10 l/min. Der in Fig. 3 ge­ zeigte Graph gibt die Daten der Einbrandtiefe PD, der Schweißlagenbreite BW und der Dekapierungsbreite CW an, wenn auf einer Platte aus einer Aluminiumlegierung (A1100) mit einer Dicke von 6 mm ein WIG-Schweißprozeß ausgeführt wird, wobei die folgenden Bedingungen gelten: Schweißstrom 200 A, EP-Periodenverhältnis 30%, Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmetall 3 mm, Schweiß­ geschwindigkeit 250 mm/min und Schutzgas(Argongas)-Strö­ mungsrate 15 l/min.

Während des Schweißbetriebs wird der Schweißprozeß auf der Grundlage des vom Schweißbedingungs-Einstellelement 117 ausgegebenen Befehls am Werkstück mit einer vom Schweißbereich des Werkstückes abhängigen Frequenz ausge­ führt.

In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Wechselstrom-WIG-Schweißvorrichtung gezeigt.

Diese Ausführungsform wird durch eine Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsform verwirklicht, indem das Schweißstrom-Einstellelement 118 durch zwei Schweißstrom- Einstellelemente 118a und 118b, die über ein Schaltele­ ment 120 mit einem Differenzverstärker 119 verbunden sind, ersetzt wird. Dieser Aufbau ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn vor dem Endschweißprozeß ein Heft­ schweißprozeß ausgeführt wird.

Mit dem Heftschweißprozeß muß keine sehr große Einbrand­ tiefe erzielt werden; wenn ferner beim Heftschweißprozeß der Lichtbogen übermäßig konzentriert ist, wird das ge­ schmolzene Metall vom Rand des Schmelzbades weggeblasen, was zur Folge haben könnte, daß zwei miteinander zu ver­ schweißende Bauteile nicht zufriedenstellend aneinander befestigt werden. In einer solchen Situation wird die Konzentration des Lichtbogens durch die Veränderung der Frequenz bei konstant gehaltenem Schweißstrom verringert; wenn außerdem der Schweißstrom abgesenkt wird, wird die Handhabbarkeit des WIG-Schweißprozesses weiter verbes­ sert.

In diesen zwei Ausführungsformen wird das Schweißbedin­ gungs-Einstellelement 117 dazu verwendet, die Frequenz und/oder den Schweißstrom umzuschalten. Wenn beispiels­ weise ein manueller Schweißbetrieb ausgeführt wird, kann selbstverständlich statt dessen zu diesem Zweck ein (nicht gezeigter) Brennerschalter verwendet werden.

In Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Wechselstrom-WIG-Schweißvorrichtung gezeigt. Diese Ausführungsform wird durch eine Abwandlung der vor­ hergehenden Ausführungsform erhalten, indem das Element 110 zum Einstellen eines EP-Periodenverhältnisses durch zwei Elemente 110a und 110b zum Einstellen von EP-Pe­ riodenverhältnissen, die über eine Schalteinheit 121 mit einem Rechteckwellengenerator 111 verbunden sind, ersetzt wird. Dieser Aufbau ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn an einem waagrecht befestigten Rohr ein Schweißpro­ zeß an allen Positionen ausgeführt wird. Bei einem sol­ chen Schweißprozeß müssen die Schweißbedingungen nicht nur hinsichtlich der Anfangs-, der Zwischen- und der End­ schichten, sondern auch hinsichtlich der Schweißposition oder der Schweißlage geändert werden. Folglich kann durch die Änderung der Frequenz, die zusätzlich zum Schweiß­ strom und zum EP-Periodenverhältnis geändert wird, durch diesen Schweißbetrieb ein gleichmäßiges Schweißergebnis erzielt werden.

In den zwei vorangehenden Ausführungsformen können die Schalteinheiten 116, 120 und 121 selbstverständlich ent­ weder für getrennte Umschaltvorgänge oder für kombinierte Umschaltvorgänge verwendet werden.

Außerdem ist das Schweißbedingungs-Einstellelement 117 mit einer Anzeigeeinheit versehen, durch die die Bedin­ gungen in Abhängigkeit des Ziels oder des Inhalts der Schweißarbeit leichter eingestellt werden können, so daß die Handhabbarkeit der Vorrichtung weiter verbessert wird.

Wie im weiter oben beschriebenen Fall wird bei konstant gehaltenem Schweißstrom der direkt unterhalb der Elek­ trode befindliche Lichtbogendruck geändert, wenn die Wechselstromfrequenz verändert wird. Wie in Fig. 4 ge­ zeigt, wird der Druck erhöht, wenn die Wechselstromfre­ quenz höher wird, so daß er einen Wert in der Umgebung des maximalen Lichtbogendrucks des EN-Gleichstrom­ Schweißprozesses annimmt. Außerdem verändert sich die Einbrandtiefe in Abhängigkeit vom Lichtbogendruck. Ande­ rerseits ist die Änderung der Dekapierungsbreite, die von der Veränderung der Wechselstromfrequenz abhängt, gering.

Daher kann durch eine Änderung der Wechselstromfrequenz die Einbrandtiefe gesteuert werden, ohne daß der Schweiß­ strom und die Dekapierungsbreite verändert werden.

Gemäß der dritten Ausführungsform kann daher durch die Änderung der Frequenz der Wechselstromausgabe die Ein­ brandtiefe bei konstant gehaltenem Schweißstrom geändert werden. Darüber hinaus wird während dieser Operation die Dekapierungsbreite kaum verändert. Daraus ergibt sich, daß der Wärmeeintrag in das Grundmetall im wesentlichen konstant gehalten wird, so daß sich vorteilhaft eine gleichmäßige Schweißverbindung ergibt.

In Fig. 13 ist eine vierte Ausführungsform der Schweiß­ vorrichtung gezeigt, auf die das erfindungsgemäße Wech­ selstrom-WIG-Schweißverfahren angewendet wird. Die in Fig. 13 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Gleichrichter 101 und eine primäre Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter­ schaltung 102, die so angeordnet sind, daß sie den Netzwechselstrom in einen Hochfrequenzwechselstrom trans­ formieren. Die primäre Gleichstrom-Wechselstrom-Konver­ terschaltung 102 empfängt ein Signal, das in einer Im­ pulsbreitensteuerschaltung 103 einer Impulsbreitensteue­ rung unterzogen worden ist, und liefert an einen Schweiß­ transformator 104 einen hochfrequenten Wechselstrom. Fer­ ner umfaßt das System einen Gleichrichter 105 zum Umwan­ deln einer Ausgabe von der Ausgangsseite des Transforma­ tors 104 in einen Gleichstrom, eine Stromsensorschaltung 106 zum Ermitteln des Stromwertes i des sich ergebenden Gleichstroms und eine sekundäre Gleichstrom-Wechselstrom­ Konverterschaltung 108, die den Gleichstrom erneut in einen Wechselstrom transformiert, wie er für den Wechsel­ strom-Schweißprozeß benötigt wird. Der von der Schaltung 108 ausgegebene Stromwert wird auf einem voreingestellten Wert folgendermaßen konstant gehalten: Die Stromsensor­ schaltung 106 ermittelt vor der Stromtransformation durch den sekundären Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 108 den Stromwert i des Gleichstroms; dann wird der Differenzver­ stärker 119 betätigt, um den Stromwert i auf einen Wert I einzustellen, der durch das Schweißstrom-Einstellelement 118 vorgegeben wird, so daß die Impulsbreitensteuerschal­ tung 103 rückkopplungsgesteuert wird.

Die sekundäre Gleichstrom-Wechselstrom-Konverterschaltung 108 erzeugt eine Wechselstromfrequenz und ein EP-Pe­ riodenverhältnis. Die Treiberschaltung 112 steuert die sekundäre Gleichstrom-Wechselstrom-Konverterschaltung 108 auf der Grundlage eines Signals, das von einem eine Rechteckwelle erzeugenden Rechteckwellengenerator 111 ge­ liefert wird, wobei die Impulsfrequenz und die Impuls­ breite der Rechteckwelle aufgrund von Signalen einge­ stellt werden, die von einem Funktionsgenerator 115b und vom Schweißbedingungs-Einstellelement 117 geliefert wer­ den. Diese Steuerung hat zum Ergebnis, daß die sekundäre Gleichstrom-Wechselstrom-Konverterschaltung 108 an einen Ort zwischen dem Schweißbrenner 113 und einem Grundmetall 115 eine im voraus festgelegte Schweißstromausgabe lie­ fert.

Die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfaßt fer­ ner eine einen Ermittlungswert Va erzeugende Lichtbogen­ spannungs-Sensorschaltung 115a. Auf der Grundlage dieses Wertes Va erzeugt der Funktionsgenerator 115b entspre­ chend einer im voraus gesetzten Beziehung zwischen der Lichtbogenspannung und der Wechselstromfrequenz ein die Wechselstromfrequenz steuerndes Signal; die im voraus ge­ setzte Beziehung zwischen der Lichtbogenspannung und der Wechselstromfrequenz hat beispielsweise die in Fig. 14 gezeigte Gestalt. Das erhaltene Signal wird anschließend an den Rechteckwellengenerator 111 geliefert.

Durch den obigen Aufbau wird die Wechselstromfrequenz au­ tomatisch entsprechend einer Änderung der Lichtbogenspan­ nung variiert, wodurch die Einbrandtiefe auf einem im voraus festgesetzten Wert gehalten werden kann.

Obwohl die Wechselstromfrequenz vorzugsweise im wesentli­ chen in einem Verhältnis zur Lichtbogenspannung, wie es durch die in Fig. 14 gezeigte vorgegebene Beziehung ange­ geben ist, geändert wird, kann auch dann eine nahezu ebenso vorteilhafte Wirkung erzielt werden, wenn die Wechselstromfrequenz annähernd linear oder stufenweise geändert wird.

Wie im weiter oben beschriebenen Fall wird bei konstant gehaltenem Schweißstrom, konstant gehaltener Schweißge­ schwindigkeit bzw. konstant gehaltener Lichtbogenlänge bei Einbringen eines Wechselstroms mit einer bestimmten Frequenz in einen Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmetall der mit der Einbrandtiefe in engem Zusammen­ hang stehende Lichtbogendruck gemessen, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Das heißt, daß der Lichtbogendruck bei einer Zunahme der Wechselstromfrequenz zunimmt, um einen Wert in der Nähe des Lichtbogendrucks in einem Gleichstrom- Schweißprozeß anzunehmen.

In Fig. 16 ist beispielhaft die Auswirkung der durch die Änderung der Wechselstromfrequenz bewirkten Lichtbogen­ druckänderung auf die Einbrandtiefe gezeigt. Aus diesem Graph ist ersichtlich, daß die Einbrandtiefe erhöht oder erniedrigt wird, falls die Wechselstromfrequenz auf einen die Netzfrequenz übersteigenden bzw. nicht übersteigenden Wert festgesetzt wird.

In dem in Fig. 16 gezeigten Graph erhöht sich beim Wech­ selstrom-Schweißprozeß mit der Netzfrequenz die Einbrand­ tiefe von P₀ auf P₁, wenn sich die Lichtbogenspannung vom Bezugswert V_a0 auf V_a1 ändert. Außerdem sinkt die Ein­ brandtiefe von P₀ auf P₂, wenn sich die Lichtbogenspan­ nung von V_a0 auf V_a2 ändert.

Wenn jedoch die Wechselstromfrequenz auf 25 Hz festge­ setzt wird, nimmt bei einer Lichtbogenspannung V_a1 die Einbrandtiefe den Wert P₀ an, die mit derjenigen Ein­ brandtiefe identisch ist, die dann erhalten wird, wenn der Schweißprozeß bei der Netzfrequenz mit der Lichtbo­ genspannung V_a0 ausgeführt wird. Ebenso behält die Ein­ brandtiefe diesen Wert, wenn bei der Lichtbogenspannung V_a2 die Wechselstromfrequenz 250 Hz festgesetzt wird. Das heißt, daß die Einbrandtiefe während des Schweißbetriebs auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann, wenn die Wechselstromfrequenz im wesentlichen in dem in Fig. 14 gezeigten Verhältnis zur Lichtbogenspannung verändert wird.

Gemäß der vierten Ausführungsform kann daher beim Wech­ selstrom-WIG-Schweißprozeß ohne Ausführung der Steuerung der Brennerposition die Einbrandtiefe auf einem vorgege­ benen Wert gehalten werden. Die Erfindung hat daher den Vorteil, daß ein Brennerverschiebungs- oder -bewegungsme­ chanismus, der Bauteile wie etwa eine Gleitunterlage und einen Antriebsmotor aufweist, nicht notwendig ist.

Die Weglassung des Brennerverschiebungsmechanismus hat das vorteilhafte Merkmal zur Folge, daß die Größe und das Gewicht der automatischen Schweißvorrichtung, etwa zum Schweißen eines an einer engen Stelle eingesetzten, fe­ sten Rohrs, minimiert werden kann.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 17 bis 20 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung beschrieben.

In einem Lichtbogen-Schweißprozeß mit nichtabschmelzender Elektrode, der mit einem Schweißstrom mit im wesentlichen konstanter Stromkennlinie betrieben wird, wird dann, wenn die Lichtbogenlänge bei konstantem Schweißstrom und kon­ stanter Schweißgeschwindigkeit geändert wird, eine Bezie­ hung zwischen der Lichtbogenlänge und der Lichtbogenspan­ nung erhalten, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist. Da der über den Lichtbogen in das Grundmetall eingebrachte Wär­ meeintrag durch das Produkt "Strom × Spannung × Wirkungs­ grad" gegeben ist, verändert sich die Wärmeeintragsmenge an das Grundmetall bei konstantem Schweißstrom genauso wie die Lichtbogenspannung mit der Änderung der Lichtbo­ genlänge, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist.

Andererseits sinkt der auf das Grundmetall angewendete Lichtbogendruck ab, wenn die Lichtbogenlänge größer wird, wie dies in Fig. 20 gezeigt ist.

Beim Lichtbogenschweißen wird die Einbrandtiefe als be­ stimmt durch die Menge des Wärmeeintrags an das Grundme­ tall und durch eine das Schmelzbad leerende Kraft, näm­ lich den Lichtbogendruck, angesehen. Folglich kann die Schweißeinbrandtiefe PD durch den Wärmeeintrag W_B und den Lichtbogendruck P_a folgendermaßen dargestellt werden:

PD = aW_B + bP_a + c.

Hierbei sind a, b und c Konstanten, die von den Schweiß­ bedingungen und ähnlichem abhängen. Auf der Grundlage der in den Fig. 10 und 20 gezeigten Graphen wird zwischen der Lichtbogenlänge und der Einbrandtiefe eine Beziehung er­ halten, die in Fig. 17 gezeigt ist. Zusätzlich zum be­ kannten Bereich A (erster Bereich), in dem die Bogenlänge im wesentlichen umgekehrt proportional zur Einbrandtiefe ist, treten ein Bereich B (zweiter Bereich), in dem die Einbrandtiefe kaum von der Lichtbogenlänge abhängt und in dem die Einbrandtiefe ihren Minimalwert annimmt, und ein Bereich C (dritter Bereich), in dem die Lichtbogenlänge im wesentlichen proportional zur Einbrandtiefe ist, auf. Außerdem kann die Einbrandtiefe im Bereich C einen Wert annehmen, der den im Bereich A erzielten Wert übersteigt.

Aufgrund dieser neuen Erkenntnis wird die Lichtbogenlänge erfindungsgemäß auf den zweiten Bereich B bezogen, in dem die Lichtbogenlänge größer als diejenige des ersten Be­ reichs A ist und die Einbrandtiefe kaum von der Lichtbo­ genlänge abhängt.

Ferner wird in der obigen Ausführungsform die Lichtbogen­ länge mit dem dritten Bereich C in Beziehung gesetzt, in dem die Lichtbogenlänge größer als diejenige des zweiten Bereichs B und die Einbrandtiefe im wesentlichen propor­ tional zur Lichtbogenlänge ist.

Nun wird diese Ausführungsform im einzelnen beschrieben. In Fig. 21 ist eine Beziehung zwischen der Lichtbogen­ länge und der Einbrandtiefe gezeigt, wenn der Wechsel­ strom-WIG-Schweißprozeß auf einer Platte aus einer Alumi­ niumlegierung (A5052) mit einer Dicke von 3 mm und unter Verwendung einer Schweiß-Leistungsquelle (lastfreie Span­ nung: 40 V) mit einer im wesentlichen konstanten Strom­ kennlinie ausgeführt wird, wobei die folgenden Bedingun­ gen gelten: Schweißstrom 100 A, Schweißgeschwindigkeit 300 mm/min und Schutzgas(Argongas)-Strömungsrate 10 l/min. Für diejenigen Bogenlängen, die in dem Graphen die Länge von 4 mm nicht übersteigen, nimmt die Einbrandtiefe mit zunehmender Lichtbogenlänge ab, während für diejeni­ gen Lichtbogenlängen, die zwischen ungefähr 4 mm und un­ gefähr 5 mm liegen, die Einbrandtiefe kaum verändert wird. Wenn andererseits die Bogenlänge mindestens 6 mm beträgt, wird die Einbrandtiefe mit zunehmender Lichtbo­ genlänge erhöht. Daher wird im Vergleich zur Einbrand­ tiefe, die in dem bekannten Bereich, in dem die Lichtbo­ genlänge umgekehrt proportional zur Einbrandtiefe ist, entsteht, eine größere Einbrandtiefe erhalten.

In Fig. 22 ist die Beziehung zwischen der Lichtbogenlänge und der Einbrandtiefe gezeigt, wenn der Wechselstrom-WIG- Schweißprozeß auf einer Platte aus Aluminium (A1100) mit einer Dicke von 5 mm unter Verwendung derselben Schweiß- Leistungsquelle wie oben ausgeführt wird, wobei die fol­ genden Bedingungen gelten: Schweißstrom 200 A, Schweißge­ schwindigkeit 250 mm/min und Schutzgas(Argongas)-Strö­ mungsrate 15 l/min. Wie im Beispiel von Fig. 21 gilt auch für diesen Graph, daß die Einbrandtiefe kaum verändert wird, wenn die Bogenlänge auf einen Wert zwischen unge­ fähr 4 mm und ungefähr 5 mm eingestellt wird. Wenn die Bogenlänge mindestens 6 mm beträgt, wird die Einbrand­ tiefe mit zunehmender Lichtbogenlänge erhöht, was im Er­ gebnis zu einer größeren Einbrandtiefe, verglichen mit der Einbrandtiefe im bekannten Bereich (in dem die Licht­ bogenlänge 4 mm nicht übersteigt), führt.

In dieser Ausführungsform sind die Bereiche, in denen die Änderung der Lichtbogenlänge im wesentlichen keinen Ein­ fluß auf die Veränderung der Einbrandtiefe hat, denjeni­ gen Lichtbogenlängen zugeordnet, die in einem Bereich zwischen 4 mm und 6 mm liegen; selbstverständlich können diese Werte in Abhängigkeit von der Plattendicke und den Schweißbedingungen geändert werden.

Obwohl die beim Schweißprozeß gemäß dieser Ausführungs­ form verwendete Wechselstromfrequenz auf den Wert der Netzfrequenz von 50 Hz gesetzt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Funk­ tion der vorliegenden Erfindung kann auch dann erhalten werden, wenn die Frequenz auf einen höheren oder auf einen niedrigeren Wert eingestellt wird.

Die in Fig. 17 gezeigte Beziehung zwischen der Lichtbo­ genlänge und der Einbrandtiefe gilt nicht nur für den Wechselstrom-WIG-Schweißprozeß, sondern auch für den Gleichstrom-WIG-Schweißprozeß. Der in das Grundmetall eingebrachte Wärmeeintrag, mit der eine vorgegebene Schweiß-Einbrandtiefe erzielt werden soll (d. h. die Lichtbogenlänge), ändert sich in Abhängigkeit des Materi­ als des Grundmetalls (Schmelzpunkt). Unter Verwendung ei­ ner Schweiß-Leistungsquellle mit einer hierzu in Bezie­ hung stehenden lastfreien Spannung kann die vorliegende Erfindung u. U. auf einen Gleichstrom-WIG-Schweißprozeß an Materialien angewendet werden, die weder Aluminium noch Aluminiumlegierungen sind.

Gemäß der fünften Ausführungsform kann der Schweißprozeß auch dann mit fast konstanter Einbrandtiefe ausgeführt werden, wenn sich die Lichtbogenlänge leicht ändert; da­ her werden nachteilige Einflüsse, die durch die geringe Bewegung einer Hand oder die Verschiebung des Grundme­ talls während des Schweißprozesses auftreten, beseitigt, so daß eine gleichmäßige Schweißlage erhalten wird.

Da ferner die Einbrandtiefe zunimmt, wenn die Lichtbogen­ länge während des Schweißprozesses erhöht wird, kann die Einbrandtiefe im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren erhöht werden. Ferner wird bei einem Schweißprozeß, in dem der Brenner nur schwer an einen Ort in der Nähe der Schweißnaht bewegt werden kann, eine im Stand der Technik erforderliche Operation, mit der die Länge der Elektrode vergrößert wird, unnötig. Daher wird in der Elektrode eine ohmsche Wärmeerzeugung verhindert, so daß die ent­ sprechende Schweißstromabsenkung nicht auftritt; dies führt zu der vorteilhaften Wirkung, daß ein Schweißprozeß mit hoher Qualität ausgeführt werden kann.

Wenn die Wechselstromfrequenz bei konstant gehaltenem Schweißstrom, konstant gehaltener Schweißgeschwindigkeit und konstant gehaltener Lichtbogenlänge verändert wird, ändert sich der Lichtbogendruck Pa entsprechend dem in Fig. 15 gezeigten Graphen: Wenn die Wechselstromfrequenz größer wird, nimmt der Wert Pa einen Wert in der Umgebung des Lichtbogendrucks an, der beim Gleichstrom-Schweißpro­ zeß vorliegt.

Aufgrund dieses Verhaltens, in Verbindung mit dem in Fig. 20 gezeigten Änderungsverhalten des Lichtbogendrucks Pa, wird die Kurve dieses Graphen in einer im wesentlichen parallelen Richtung nach oben oder nach unten verschoben, wenn die Wechselstromfrequenz erhöht bzw. erniedrigt wird. Obwohl die Erhöhung der Wechselstromfrequenz zu ei­ ner Erhöhung der Einbrandtiefe PD führt, wird daher der in Fig. 17 gezeigte Sachverhalt auch dann nicht geändert, wenn die Wechselstromfrequenz geändert wird. In Fig. 16 ist dieses Phänomen beispielhaft gezeigt.

Aufgrund dieses Phänomens wird gemäß dieser Ausführungs­ form in dem Wechselstrom-WIG-Schweißprozeß, der unter Verwendung einer Schweiß-Leistungsquelle mit einer im we­ sentlichen konstanten Stromkennlinie ausgeführt wird und in dem der erste, der zweite und der dritte Bereich A, B bzw. C erhalten werden, die Lichtbogenlänge periodisch geändert, so daß die Lichtbogenlänge abwechselnd in die Bereiche A und B oder in die Bereiche B und C eintritt. Außerdem wird die Frequenz des von der Schweiß-Leistungs­ quelle erzeugten Wechselstroms auf einen Wert gesetzt, der in den Bereichen A und C bzw. im Bereich B oberhalb bzw. unterhalb des Wertes der Netzfrequenz liegt.

Außerdem wird die Lichtbogenlänge periodisch so geändert, daß sie abwechselnd in die Bereiche A und C eintritt; da­ bei wird die Frequenz des in der Schweiß-Leistungsquelle erzeugten Wechselstroms auf einen Wert gesetzt, der in den Bereichen C bzw. A oberhalb bzw. unterhalb des Wertes der Netzfrequenz liegt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Lichtbo­ genlänge periodisch so geändert wird, daß sie abwechselnd in die Bereiche A, B und C eintritt; dabei wird die Fre­ quenz des durch die Schweiß-Leistungsquelle erzeugten Wechselstroms auf einen Wert gesetzt, der im Bereich C den Wert der Netzfrequenz übersteigt, der im Bereich B die Netzfrequenz nicht übersteigt und der im Bereich A zwischen den Werten der Frequenzen im Bereich B bzw. im Bereich C liegt.

In Abhängigkeit von der Veränderung der Lichtbogenlänge wird wenigstens entweder der Schweißstrom oder das EP-Pe­ riodenverhältnis geändert.

Wie in Fig. 17 gezeigt, hat die Einstellung der Wechsel­ stromfrequenz auf einen Wert, der höher als der Wert der Netzfrequenz ist, zur Folge, daß in den Bereichen A und C, in denen der Wert der Einbrandtiefe umgekehrt propor­ tional bzw. proportional zur Lichtbogenlänge ist, die Einbrandtiefe im Vergleich zu einem herkömmlichen System einen größeren Wert annimmt. Im Bereich B, in dem die Einbrandtiefe PD im wesentlichen unabhängig von der Lichtbogenlänge ist, wird durch die Wahl eines Wechsel­ stromfrequenzwertes, der den Wert der Netzfrequenz nicht übersteigt, eine Einbrandtiefe erhalten, die kleiner ist als die entsprechende Einbrandtiefe des Standes der Tech­ nik.

Wenn daher die Lichtbogenlänge zwischen den Bereichen A und B oder zwischen den Bereichen B und C periodisch ge­ ändert wird und die Wechselstromfrequenz auf einen Wert festgesetzt wird, der in den Bereichen A und C oberhalb der Netzfrequenz liegt und der im Bereich B unterhalb der Netzfrequenz liegt, kann die Einbrandtiefe im Vergleich zur herkömmlichen Technik in einem größeren Bereich ge­ steuert werden.

Wenn die Lichtbogenlänge zwischen den Bereichen A und C periodisch geändert wird und die Wechselstromfrequenz auf einen Wert festgesetzt wird, der im Bereich C oberhalb der Netzfrequenz liegt und im Bereich A unterhalb der Netzfrequenz liegt, kann die Einbrandtiefe in einem noch größeren Bereich gesteuert werden.

Je nach Schweißstoßform und nach Konstruktionsverfahren kann ein befriedigendes Ergebnis in manchen Fällen dann erhalten werden, wenn die Lichtbogenlänge und die Wech­ selstromfrequenz gleichzeitig verändert werden, derart, daß die Lichtbogenlänge in drei Phasen zwischen den Be­ reichen A, B und C geändert wird und die Wechselstromfre­ quenz auf einen Wert festgesetzt wird, der im Bereich A größer als die Netzfrequenz ist, im Bereich B nicht grö­ ßer als die Netzfrequenz ist und im Bereich C zwischen den Werten der Frequenzen in den Bereichen A und B liegt.

In Fig. 23 ist der Aufbau einer Schweißvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfaßt einen Gleichrichter 101 und eine primäre Gleichstrom-Wechsel­ strom-Konverterschaltung 102, die der Umwandlung des ein­ gegebenen Netzwechselstroms in einen hochfrequenten Wech­ selstrom dienen. Durch die primäre Gleichstrom-Wechsel­ strom-Konverterschaltung 102 wird ein hochfrequenter Wechselstrom, dessen Impulsbreite durch eine Impulsbrei­ tensteuerschaltung 103 gesteuert wird, an einen Schweiß­ transformator 104 geliefert. Das System umfaßt ferner einen Gleichrichter 105, der die Ausgabe des Schweiß­ transformators 104 in einen Gleichstrom umwandelt, eine Stromsensorschaltung 106, die den in einen Gleichstrom umgewandelten Strom i ermittelt, und eine sekundäre Gleichstrom-Wechselstrom-Konverterschaltung 108, die den Gleichstrom erneut in einen Wechselstrom transformiert, der für den Schweißprozeß benötigt wird.

Die Frequenz und das EP-Periodenverhältnis "dep" (EP-Pe­ riode/Wechselstromzyklus) des von der sekundären Gleich­ strom-Wechselstrom-Konverterschaltung 108 erzeugten Wech­ selstroms werden von einer Treiberschaltung 112 aufgrund eines Signals von einem Rechteckwellengenerator 111 ge­ steuert, wobei die Impulsfrequenz und die Impulsbreite der vom Generator 111 erzeugten Rechteckwelle durch ein erstes Frequenz-Einstellelement 116a oder ein zweites Frequenz-Einstellelement 116b bzw. durch ein "dep"-Ein­ stellelement 117 eingestellt werden. Im Ergebnis liefert die sekundäre Gleichstrom-Wechselstrom-Konverterschaltung 108 eine vorbestimmte Wechselstromausgabe an einen Ort zwischen einem Brenner 113 und einem Grundmetall 115.

Der Wert der Stromausgabe wird folgendermaßen auf einem vorgegebenen Wert gehalten: Die Stromsensorschaltung 106 ermittelt einen Wert des Gleichstroms, bevor dieser in der sekundären Gleichstrom-Wechselstrom-Konverterschal­ tung 108 umgewandelt wird; damit der gemessene Wert einem von einem Schweißstrom-Einstellelement 118 eingestellten Wert gleich wird, wird über einen ersten Differenzver­ stärker 119, der die Ausgabe der primären Gleichstrom- Wechselstrom-Konverterschaltung 102 steuert, eine Rück­ kopplungssteuerung ausgeführt, so daß der vorgegebene Stromwert erhalten wird.

Das System umfaßt ferner einen Spannungssignalschalter 106a, der das Signal ein- oder ausschaltet. Der Schalter 106a wird nur dann in den EIN-Zustand versetzt, wenn die Stromsensorschaltung 106 einen Strom ermittelt, so daß nur in diesem Fall eine Lichtbogenspannung Va an eine Lichtbogenspannungs-Sensorschaltung 115a angelegt wird.

Die Vorrichtung umfaßt ferner einen Brenner-Verschiebeme­ chanismus 119d zur Steuerung der Position des Brenners 113. Damit der von einem ersten Spannungs-Einstellelement 120a oder einem zweiten Spannungs-Einstellelement 120b eingestellte Wert der Lichtbogenspannung gleich einem Lichtbogenspannungswert wird, der von der Lichtbogenspan­ nungs-Sensorschaltung 115a ermittelt worden ist, erzeugt ein zweiter Differenzverstärker 119a ein Signal. Aufgrund dieses Signals steuert eine Brennerposition-Steuerschal­ tung 119b einen Motor 119c, der wiederum den Brenner-Ver­ schiebemechanismus 119d so steuert, daß die Lichtbogen­ länge geändert wird.

Die Vorrichtung umfaßt weiterhin einen zweiten Rechteck­ wellengenerator 122. Sowohl die Periode des Signals mit hohem Pegel als auch die Periode des Signals mit niedri­ gem Pegel werden durch Einstellperioden T₁ bzw. T₂, die wiederum durch ein erstes bzw. ein zweites Element 122a bzw. 122b zum Einstellen von Schweißvariablen-Fixierungs­ perioden erzeugt werden, gesteuert. Weiterhin umfaßt die Vorrichtung eine Schalteinheit 116 zum Umschalten zwi­ schen den Frequenzen f₁ und f₂, die dem ersten bzw. dem zweiten Frequenz-Einstellelement 116a bzw. 116b zugeord­ net sind, und eine Schalteinheit 120, die zwischen den Spannungen V₁ und V₂, die dem ersten bzw. dem zweiten Spannungs-Einstellelement 120a bzw. 120b zugehören, um­ schaltet. Der zweite Reckteckwellengenerator 122 steuert die Schalteinheiten 116 und 120 derart, daß sie die je­ weilige Einstellfrequenz und die jeweilige Einstellspan­ nung auswählen.

Obwohl in Fig. 23 nicht gezeigt, können auch zwei Schweißstrom-Einstellelemente 118 und zwei "dep"- Einstellelemente 117 sowie zwei ihnen zugeordnete Schalteinheiten vorgesehen werden. Durch Verwendung der Ausgabe des zweiten Rechteckwellengenerators 122 kann die Vorrichtung die Stromausgabe und die "dep" ebenso wie im Fall der Frequenz- und Spannungsausgabe verändern.

In den Fig. 24 bis 26 sind typische Beispiele von vorran­ gigen Schweißprozeß-Funktionsabläufen gezeigt, die bei Verwendung der Schweißanlage oder Schweißvorrichtung von Fig. 23 ausgeführt werden. In dem in Fig. 24 gezeigten Beispiel wird die Lichtbogenlänge zwischen dem Bereich A, in dem die Einbrandtiefe im wesentlichen umgekehrt pro­ portional zur Lichtbogenlänge ist, und dem Bereich B, in dem die Einbrandtiefe im wesentlichen unabhängig von der Veränderung der Lichtbogenlänge ist, geändert. Dabei wird die Wechselstromfrequenz im Bereich A auf einen hohen Wert und im Bereich B auf einen niedrigen Wert gesetzt. Im Ergebnis wird die Einbrandtiefe in Abhängigkeit davon, ob sich die Lichtbogenlänge im Bereich A oder im Bereich B befindet, erhöht oder erniedrigt.

In Fig. 25 wird die Lichtbogenlänge zwischen dem Bereich B, in dem die Einbrandtiefe im wesentlichen unabhängig von der Veränderung der Lichtbogenlänge ist, und dem Be­ reich C, in dem die Einbrandtiefe im wesentlichen propor­ tional zur Lichtbogenlänge ist, geändert; dabei wird die Wechselstromfrequenz im Bereich B auf einen niedrigen Wert und im Bereich C auf einen hohen Wert gesetzt. Im Ergebnis wird die Einbrandtiefe in Abhängigkeit davon, ob sich die Lichtbogenlänge im Bereich B oder im Bereich C befindet, erniedrigt oder erhöht.

Wenn bei ausschließlicher Verlängerung der Lichtbogen­ länge eine große Einbrandtiefe erzielt werden soll, neigt die Lichtbogen zu einer verschlechterten Konzentration. Wie jedoch in Fig. 25 gezeigt, wird dann, wenn die Licht­ bogenlänge zusammen mit der Wechselstromfrequenz erhöht wird, die EP-Periode, in der sich der Kathodenfleck des Lichtbogens während eines Wechselstromzyklus bewegt, ver­ ringert. Daher wird der Lichtbogen besser konzentriert, so daß das Erscheinungsbild der Schweißlage nicht zer­ stört wird.

In Fig. 26 ist das Beispiel eines Graphen gezeigt, in dem zusätzlich zur Lichtbogenlänge und zur Wechselstromfre­ quenz der ausgegebene Strom verändert wird. Im Vergleich zu dem in Fig. 25 gezeigten Beispiel unterliegt die Ein­ brandtiefe einer größeren Veränderung.

In diesem Beispiel wird der in Fig. 25 verwendete Strom­ wert geändert. Im Graph von Fig. 24 führt das System auch dann, wenn der Strom erhöht wird, falls sich die Lichtbo­ genlänge im Bereich A befindet, und wenn der Strom er­ niedrigt wird, falls sich die Lichtbogenlänge im Bereich B befindet, eine Operation aus, die dem Beispiel von Fig. 26 analog ist. Außerdem kann die Handhabbarkeit in Abhän­ gigkeit vom Konstruktionsverfahren weiter verbessert wer­ den, indem der Einstellwert des "dep" in Verbindung mit einer Änderung der Lichtbogenlänge erhöht oder erniedrigt wird.

In Fig. 27 ist eine Tabelle gezeigt, die beispielhaft die Parameter enthält, wie sie für die Primärschweißbedingun­ gen in dieser Ausführungsform eingestellt werden, wenn der Wechselstrom-WIG-Schweißprozeß an einem Stumpfstoß mit einer 3 mm dicken Platte aus einer Aluminiumlegierung (A5052) ausgeführt wird.

Die Bedingungen (1), (2) und (3) sind Beispiele für Ein­ stellwerte, die den Fig. 24, 25 bzw. 26 zugehören. Die Bedingung (4) ist auf einen Fall bezogen, in dem der Stromwert im Beispiel von Fig. 24 erhöht oder erniedrigt wird. Die Bedingung (5) bezeichnet einen Fall, in dem die Lichtbogenlänge zwischen den Bereichen A und B geändert wird. Die Bedingung (6) bezeichnet einen Fall, in dem sich die Fixierungszeitperiode zwischen einer ersten und einer zweiten Schweißbedingung ändert. Die Bedingung (7) ist ein Beispiel für Einstellwerte für einen Fall, in dem der Wert des EP-Periodenverhältnisses "dep" von der er­ sten und der zweiten Schweißbedingung verschieden ist.

Obwohl bei allen in Fig. 27 gezeigten Schweißbedingungen die Schaltfrequenz auf 1 Hz eingestellt wird, ist die Frequenz nicht auf diesen Wert beschränkt. Das bedeutet, daß die Funktion dieser Ausführungsform für jede Fre­ quenz, für die der Brennerverschiebungsmechanismus ge­ eignet arbeiten kann, also beispielsweise für eine Fre­ quenz, die einige 10 Hz nicht übersteigt, gewährleistet wird.

Ferner ist die Zahl der Schaltphasen oder der Schaltstu­ fen zwischen den Schweißbedingungen nicht auf zwei be­ schränkt; d. h., daß drei oder mehr Stufen für die Schalt­ operation zwischen den Schweißbedingungen zur Anwendung kommen können.

Gemäß der sechsten Ausführungsform kann die Einbrandtiefe bei konstant gehaltenem Schweißstrom und bei konstant ge­ haltenem EP-Periodenverhältnis "dep" in einem weiten Be­ reich gesteuert werden. Folglich wird beim Einbrand­ schweißlagen-Schweißen ein Durchbrennen verhindert, wäh­ rend beim Gesamtpositions-Schweißen das Durchhängen des Schmelzbades vermieden wird, was zu einem zufriedenstel­ lenden Schweißergebnis führt. Wenn die Lichtbogenlänge erhöht wird, um die Einbrandtiefe zu steigern, kann die damit verbundene Verschlechterung der Lichtbogenkonzen­ tration dadurch korrigiert werden, daß die Wechselstrom­ frequenz erhöht wird, so daß keine Verschlechterung des Wechselstrom-Erscheinungsbildes entsteht. Wenn ferner die Zahl der Schaltstufen für die Schweißbedingungen auf zwei, drei usw. erhöht wird, werden die Lichtbogenlänge und die Wechselstromfrequenz in den entsprechenden Schaltstufen so verändert, daß sie zum Aufwirbeln des Schmelzbades Schwingungen erzeugen; dadurch kann mögli­ cherweise der Vorteil erzielt werden, daß nach dem Fest­ werden des geschmolzenen Metalls feine metallurgische Strukturen aufgebaut werden.

Wenn außerdem das die jeweiligen Veränderungen der Licht­ bogenlänge und der Wechselstromfrequenz enthaltende Schweißprozeß-Steuerverfahren mit dem bekannten, von Än­ derungen im Schweißstrom und im EP-Periodenverhältnis "dep" abhängigen Schweißprozeß-Steuerverfahren kombiniert wird, kann die Einbrandtiefe in einem weiten Bereich ge­ steuert werden, so daß eine wünschenswerte, weiter er­ höhte Schweißqualität beim Hochgeschwindigkeits-Einbrand­ schweißlagen-Schweißen einer dicken Platte erzielbar ist.

Obwohl in der obigen Beschreibung besondere Ausführungs­ formen der Erfindung erläutert worden sind, sind für den Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen mög­ lich, die jedoch nicht vom Umfang der vorliegenden Erfin­ dung abweichen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Steuerung eines Wechselstrom-WIG-Schweißprozesses, bei dem

• - eine erste Wechselspannung von niedriger Frequenz in eine erste Gleichspannung,
• - diese erste Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung von hoher Frequenz,
• - diese zweite Wechselspannung in eine zum Schweißen geeignete dritte Wechselspannung,
• - diese dritte Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung und
• - diese zweite Gleichspannung in eine geregelte Wechselspannung umgesetzt wird und
• - diese einer vorbestimmten Lichtbogenlänge entsprechende geregelte Wechselspannung an miteinander zu verschweißende Werkstoffe angelegt wird, um diesen einen Schweißstrom zuzuführen, dadurch gekennzeichnet,
  daß die Frequenz des Schweißstroms ohne Änderung von dessen Mittelwert und des Verhältnisses der positiven Periodendauer (EP-Periode) zur Gesamtperiodendauer (EP-Periode+EN-Periode) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlänge während des Schweißvorganges unverändert gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Lichtbogenlänge währnd des Schweißvorganges verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Schweißstroms auf einen niedrigeren Wert als den der Netzfrequenz eingesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Schweißstroms auf einen höheren Wert als den der Netzfrequenz eingesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Schweißstroms auf einen niedrigeren Wert als den der Netzfrequenz eingestellt und so gesteuert wird, daß während einer Periode des Schweißstroms dessen Integral über die Zeitdauer positiver Elektrodenpolarität größer ist als sein Integral über die Zeitdauer negativer Elektrodenpolarität.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Schweißstromes auf einen höheren Wert als den der Netzfrequenz eingestellt und so gesteuert wird, daß während einer Periode des Schweißstroms dessen Integral über die Zeitdauer positiver Elektrodenpolarität kleiner ist als sein Integral über die Zeitdauer negativer Elektrodenpolarität.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlänge in einem zweiten Bereich (B) größer eingestellt wird als in einem ersten Bereich (A), in dem die Lichtbogenlänge im wesentlichen umgekehrt proportional zur Einbrenntiefe ist und sich diese bei einer Änderung der Lichtbogenlänge kaum ändert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlänge in einem dritten Bereich (C) größer eingestellt wird als im zweiten Bereich (B), in dem die Lichtbogenlänge im wesentlichen proportional zur Einbrenntiefe ist.

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtbogenlänge für einen ersten Bereich (A) im wesentlichen umgekehrt proportional zur Einbrenntiefe, einen zweiten Bereich (B), in dem die Einbrenntiefe bei einer Änderung der Lichtbogenlänge kaum variiert, größer als im ersten Bereich und einen dritten Bereich (C) im wesentlichen proportional zur Einbrenntiefe eingestellt wird,
daß die Lichtbogenlänge periodisch so geändert wird, daß sie alternierend in den ersten und den zweiten Bereich oder den zweiten und den dritten Bereich eintritt, und
daß die Frequenz des von einer Schweißstromquelle abgegebenen Wechselstroms im ersten Bereich und im dritten Bereich auf einen die Netzfrequenz übersteigenden Wert und im zweiten Bereich auf einen die Netzfrequenz nicht übersteigenden Wert eingestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlänge periodisch so geändert wird, daß sie alternierend in den ersten und den dritten Bereich (A bzw. C) eintritt, und
daß die Frequenz des von der Schweißstromquelle abgegebenen Wechselstroms im dritten Bereich (C) auf einen die Netzfrequenz übersteigenden Wert und im ersten Bereich (A) auf einen die Netzfrequenz nicht übersteigenden Wert eingestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlänge periodisch so geändert wird, daß sie alternierend in den ersten, in den zweiten und in den dritten Bereich (A, B, bzw. C) eintritt, und
daß die Frequenz des von der Schweißstromquelle abgegebenen Wechselstroms im dritten Bereich (C) auf einen die Netzfrequenz übersteigenden Wert, im zweiten Bereich (B) auf einen die Netzfrequenz nicht übersteigenden Wert und im ersten Bereich (A) auf einen Zwischenwert zwischen den Werten für den zweiten und den dritten Bereich eingestellt wird.

13. Vorrichtung zur Steuerung eines Wechselstrom-WIG-Schweißprozesses, mit

• - einem einen ersten Gleichrichter (1) aufweisenden ersten Frequenzwandler zum Umwandeln einer niederfrequenten ersten Wechselspannung in eine erste Gleichspannung,
• - einem ersten Inverter (2) zum Umwandeln der ersten Gleichspannung in eine hochfrequente zweite Wechselspannung,
• - einem Schweißtransformator (4) zum Umsetzen der zweiten Wechselspannung in eine zum Schweißen geeignete dritte Wechselspannung,
• - einem einen zweiten Gleichrichter (5) aufweisenden zweiten Frequenzwandler zum Umwandeln der dritten Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung,
• - einem zweiten Inverter (8) zum Umwandeln der zweiten Gleichspannung in eine geregelte Wechselspannung und
• - einer Einrichtung (13, 14) zum Anlegen der einer vorbestimmten Lichtbogenlänge entsprechenden geregelten Wechselspannung an miteinander zu verschweißende Werkstoffe (15) zu deren Speisung mit Schweißstrom,

gekennzeichnet durch Frequenzänderungseinrichtungen (10, 18, 19, 110, 116, 117, 109a, 109b, 121, 110a, 110b) zum Steuern der Frequenz des Schweißstromes ohne Änderung von dessen Mittelwert und des Verhältnisses der positiven Periodendauer (EP-Periode) zur Gesamtperiodendauer (EP-Periode+En-Periode).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Frequenzänderungseinrichtungen ein mit einer Stromeinstelleinrichtung (16) für die Einstellung des Schweißstromes verbundener Funktionsgenerator (18) zum Erzeugen einer dem Einstellwert der Schweißstromeinstelleinrichtung zugeordneten Funktion, der außerdem mit einer Frequenzeinstelleinrichtung (9) zum Einstellen der Frequenz eines Ausgangswechselstroms des zweiten Inverters (8) verbunden ist, eine mit dem zweiten Inverter verbundene Periodeneinstelleinrichtung (10) zum Einstellen einer positiven und einer negativen Periodendauer für den Ausgangswechselstrom und eine mit der Frequenzeinstelleinrichtung verbundene Justiereinrichtung (19) zum Erhöhen und zum Erniedrigen einer durch den Funktionsgenerator bestimmten Frequenz gehören.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Frequenzänderungseinrichtungen eine mit dem zweiten Inverter (108) verbundene erste Schalteinrichtung (116) und wenigstens zwei damit verbundene Frequenzeinstelleinrichtungen (109a, 109b) zum Einstellen einer der Frequenzen des Wechselstroms aus dem zweiten Inverter gehören.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Inverter (102) über einen Differenzverstärker (119) zum Erzeugen einer Phasendifferenz zwischen dem Schweißstrom und einem Einstellwert aus der Schweißstromeinstelleinrichtung (107) eine zweite Schalteinrichtung (120) verbunden ist und damit wenigstens zwei Stromeinstelleinrichtungen zum Einstellen eines der Schweißstromwerte verbunden sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Inverter (108) eine dritte Schalteinrichtung (121) verbunden ist und damit wenigstens zwei Periodeneinstelleinrichtungen (110a, 110b) zum Einstellen einer positiven und einer negativen Periodendauer für den Ausgangswechselstrom verbunden sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch

• - wenigstens zwei Spannungseinstelleinrichtungen (120a, 120b) zum Einstellen eines der Lichtbogenspannungswerte,
• - eine mit den Spannungseinstelleinrichtungen verbundene vierte Schalteinrichtung (120) zum Auswählen einer der Einstellspannungen,
• - einen Lichtbogenspannungssensor (115a) zum Erfassen der Lichtbogenspannung,
• - einen mit dem Lichtbogenspannungssensor und der vierten Schalteinrichtung verbundenen Differenzverstärker (119a) zum Erzeugen einer Phasendifferenz zwischen der Lichtbogenspannung und der Einstellspannung und
• - einen Schweißfackelsteuermechanismus (119b, 119c, 119d) zum Steuern einer Position einer Schweißfackel (113) in der Weise, daß die erfaßte Lichtbogenspannung mit der Einstellspannung übereinstimmt.