DE60030348T2

DE60030348T2 - Vefahren und Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE60030348T2
Application number: DE60030348T
Authority: DE
Inventors: Elliott K. Sagamore Hills Stava; Christopher Mentor Hsu; Peter Sagamore Hills Nicholson
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: PL339028A1; EP1036627A2; CN1224488C; DE60030348D1; RU2211752C2; EP1036627A3; CN1680064A; US6160241A; CN1310731C; US6274845B1; CA2299569A1; ATE337883T1; PL193886B1; JP3286292B2; CN1266765A; SG92682A1; AU743669B2; EP1036627B1; CA2299569C; AU2228800A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das elektrische Lichtbogenschweißen und mehr im Einzelnen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen nach der Präambel der Ansprüche 1 bzw. 23 (siehe beispielsweise US-A-5 001 326). Diese sind besonders anwendbar beim Rohrschweißen, insbesondere bei der Herstellung der Wurzellage bei einer Fuge oder einem Stoß mit offener Wurzel.
EINBEZIEHUNG DURCH BEZUGNAHME
Auf dem in Rede stehenden Sachgebiet ist ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät vom Kurzschlusstyp als STT-Schweißer bekannt, der von der Lincoln Electric Company aus Cleveland, Ohio vertrieben wird und in dem technischen Hintergrund des US Patents 5 001 326 Stava beschrieben ist, welches die Einzelheiten des STT-Schweißers illustriert sowie bestimmte Merkmale, die bei der Nutzung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Die Erfindung nutzt eine Leistungsversorgung vom hochfrequenten Schaltertyp, vorzugsweise einen Inverter. Es können verschiedene Schweißgeräte auf Inverterbasis eingesetzt werden; ein repräsentatives Schweißgerät ist in dem US Patent 5 351 175 Blankenship offenbart.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das von der The Lincoln Electric Company aus Cleveland, Ohio vertriebene STT Lichtbogenschweißgerät ist zum Rohrschweißen eingesetzt worden, wobei geschmolzenes Metall aus einem vorgeschobenen Schweißdraht in einer Schweißschmelze in einer Fuge mit offener Wurzel zwischen den beiden nebeneinander angeordneten Enden einander benachbarter Rohrabschnitte abgelagert wurde. Die die offene Wurzel aufweisende Fuge erstreckt sich in einem kreisförmigen Pfad um die Rohre, welcher durch axiale Toleranzen einige Abweichungen aufweisen kann. Die Fuge zwischen den Rohrabschnitten wird durch konvergierende Wandungen gebildet, die in im wesentlichen einander parallele, Abstand voneinander aufweisende Wandungen über gehen, die eine Trennfuge bilden, die als offene Wurzel bekannt ist. Die Fuge zwischen den Enden der Rohrabschnitte oder Platten weist keine konstante Größe auf, so dass das Schweißgerät bei seiner Vorwärtsbewegung entlang der offenen Wurzel auf eine Fuge sich ändernder Breite trifft. Wie in dem US Patent 5 001 326 Stava gezeigt, umfasst das STT-Schweißgerät ein Kontaktstück, durch welches der vorgeschobene Draht hindurchgeht, so dass der Schweißstrom durch das Kontaktstück in den vorgeschobenen Draht und dann in die zwischen den Enden der Rohrabschnitte gebildete Schweißstelle geleitet werden kann. Die Schweißschmelze überbrückt den Spalt und bildet die Wurzellage der Rohrschweißoperation. Das STT-Schweißgerät verwendet eine hochfrequente Schalter-Leistungsquelle, um eine bestimmte Wellenform des Kurzschlussstroms zu bilden. Die Frequenz steht in einem Bezug zur Betriebsfrequenz der Leistungsquelle und nicht zur Frequenz des Schweißvorgangs. Das vorstehende oder in den Schweißbereich vorkragende Ende der Elektrode ist der Abstand zwischen dem Kontaktstück und der Schweißschmelze. Wenn der Spalt zwischen den Enden der durch die benachbarten Rohrabschnitte gebildeten Platten sich ändert, ändert die durch den ersten Durchgang der Lichtbogenschweißung bei der Rohrschweißoperation gebildete Schweißschmelze ihre Gestalt. Diese Änderung führt zu bekannten Problemen bei einem Rohrschweißvorgang.
Wie in dem US Patent 5 001 326 Stava offenbart, ist das Ziel der hochfrequenten Schalter-Leistungsquelle, die als STT-Lichtbogenschweißgerät bekannt ist, die Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Volumens der geschmolzenen Metallkugel am Ende der Elektrode, während der Draht gegen die Schweißschmelze hin vorgeschoben wird. Das genannte frühere Patent offenbart, wie das Steuersystem des STT zur Erfassung und Messung der tatsächlichen Leistung eingesetzt werden kann, die die geschmolzene Metallkugel an dem Ende der Elektrode bildet. Diese Leistung wird für eine bestimmte Länge des vorstehenden Endes eingestellt und von einem Schweißzyklus zum nächsten aufrecht erhalten. Wenn die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode sich ändert, wird der Schweißstrom angepasst, um eine konstante Leistung beizubehalten, die auf einer vorher eingestellten Bezugsleistung basiert, die zu Beginn der Schweißoperation erhalten worden ist. Auf diese Weise wird bei jedem Schweißzyklus eine Kugel konstanter Größe geschaffen. Beim Einsatz des STT-Lichtbogenschweißgeräts ändert sich die Kurzschlussfrequenz, wenn der Schweißstrom zur Kompensation von Änderungen in der Länge des vorstehenden Endes der Elektrode nicht angepasst wird. Diese Änderungsfrequenz ist nicht die Schaltfrequenz der Leistungsquelle, sondern ist die Kurzschlussfrequenz bei der Schweißung. Wenn die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode verringert wird, verringert sich das Volumen des geschmolzenen Metalls in der vorgeschobenen Kugel und es wird auch die Bogenlänge geringfügig reduziert. Diese Verringerung in der Größe der geschmolzenen Metallkugel führt dazu, dass die Zeit zwischen Kurzschlüssen in der Schweißoperation verringert wird. Dies erhöht die Kurzschlussfrequenz, die durch die Anzahl der Kurzschlüsse pro Zeiteinheit definiert ist. Wenn umgekehrt die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode vergrößert wird, wird die Aufheizung der Elektrode vergrößert. Wenn keine Stromanpassung stattfindet, nimmt das Volumen des geschmolzenen Metalls am Ende des vorgeschobenen Drahtes zu. Dieser Vorgang vergrößert ein wenig die Bogenlänge und die Zeit zwischen Kurzschlüssen, sodass die Kurzschlussfrequenz des Schweißgeräts verringert wird. Die Frequenzänderung beim Einsatz des STT zum Rohrschweißen ist bisher nicht als Messparameter genutzt worden.
Das STT ist zum Rohrschweißen eingesetzt worden, um eine manuelle Steuerung der Eindringtiefe und der Wärmezufuhr in die Schweißschmelze zu gestatten; es löst jedoch nicht das Problem, dem man sich bei Schwankungen der Spaltbreite beim Legen der ersten Schweißraupe in einem Stoß mit offener Wurzel gegenübersieht. Das US Patent 5 001 326 Stava lehrt zwar eine Vorgehensweise zur Messung der Länge des vorstehenden Endes beim Einsatz eines STT Schweißgeräts unter dem Aspekt der Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Größe der Kugel. Während die Elektrode bzw. der Schweißdraht kurzgeschlossen ist, wird der Spannungsabfall an der kurzgeschlossenen Elektrode gemessen und registriert. Während dieser Messung bleibt der Wert des Schweißstroms im wesentlichen fest. Dementsprechend ist die festgestellte bzw. gemessene Spannung der Länge des vorstehenden Endes des Schweißdrahtes direkt proportional. Diese gemessene Spannung des vorstehenden Endes wird über mehrere Zyklen gemittelt und in einem Speicher wie einem Kondensator gespeichert. In dem Stava Patent wird dieser gespeicherte Wert mit dem Spitzenstromwert während aufeinander folgender Schweißzyklen multipliziert. Das Ergebnis dieser Multiplikation ist eine Messung der Wattzahlen bei jedem Schweißzyklus. Eine berechnete Wattzahl ist in einem Speicher wie einem Kondensator gespeichert und wird als „Bezugswattzahl" bezeichnet. Diese Bezugswattzahl wird zu Beginn des Schweißprozesses auf der Basis einer eingestellten Länge des vorstehenden Endes erhalten. Danach wird die Bezugswattzahl zum Vergleich mit der momentanen Wattzahl benutzt. Ein Softwareprogramm der Steuerung hält die momentane Wattzahl auf der Bezugswattzahl. Dieses ganze Steuerschema, wie es in dem US Patent 5 001 326 Stava gezeigt ist, wird zur Aufrechterhaltung eines festen Volumens geschmolzenen Metalls am Ende des Drahtes benutzt, während dieser gegen die Schweißschmelze während des Kurzschlusszustandes vorgeschoben wird, unabhängig von Änderungen in der Länge des vorstehenden Endes. Es findet sich kein Hinweis darauf, die Länge des vorstehenden Endes während eines Schweißprozesses zur Steuerung desselben zu ändern. Es findet sich auch kein Hinweis darauf, die erzeugte Wärme während eines einzelnen Durchgangs zu ändern. Die Länge des vorstehenden Ende des vorgeschobenen Drahtes wird dazu genutzt, eine konstante Wattzahl während des Drahtschmelzteils des Schweißzyklus aufrecht zu erhalten.
Der Einsatz einer hochfrequenten schaltenden Leistungsquelle wie dem STT-Lichtbogenschweißgerät für das Rohrschweißen ist wohlbekannt. Beim Legen der Wurzellage beim ersten Durchgang in dem offenen Stoß zwischen den Rohrabschnitten kann die Leistungsquelle jedoch Änderungen in dem Spalt zwischen den Rohrabschnitten nicht automatisch kompensieren. Wenn der Spalt breit ist, fällt die Schweißschmelze durch den Spalt. Wenn der Spalt schmal ist, dringt die Schweißschmelze nicht in den Spalt ein. Es sind daher Eingriffe von Hand erforderlich, die zu Ungleichmäßigkeiten führen. Es besteht ein Bedarf zur Steuerung der Schweißoperation bei der ersten Lage in dem Stoß mit offener Wurzel, wie er beim Rohrschweißen oder beim Schweißen schwerer Platten vorkommt.
Das von der Lincoln Electric Company auf den Markt gebrachte STT-Schweißgerät ist ein Kurzschluss-Lichtbogenschweißgerät, welches durch einen hochfrequenten Schalterkreis betrieben wird, um eine Stromkurve wie in 4 des US Patents 5 001 326 Stava zu erzeugen. Dieses Schweißgerät ist kommerziell erfolgreich; es hat jedoch nicht die gleiche Fähigkeit wie ein Schweißgerät mit konstanter Spannung, bei welchem die Temperatur der Schweißschmelze durch einfache Änderung des vorstehenden Endes des Schweißdrahtes bzw. der Elektrode gesteuert werden kann. Dies ist eine Begrenzung eines Schweißgeräts zur Erzeugung der STT-Stromkurve. Die Temperatur der Schweißschmelze wird beim Einsatz eines STT, wie es beim Rohrschweißen wichtig ist, durch späteren Eingriff oder durch Voreinstellung der Schweißströme angepasst. Auch mit dieser Begrenzung ist das STT-Schweißgerät einer Schweißung mit konstanter Spannung überlegen, die eine exzessive Wärme in der Schweißschmelze erzeugt.
DARLEGUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 23 zum Legen der ersten Schweißraupe in einem Stoß mit offener Wurzel beim Plattenschweißen, z.B. beim Rohrschweißen. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung nutzen eine hochfrequente Schalt-Leistungsquelle, vorzugsweise ein STT-Schweißgerät der The Lincoln Electric Company. Die Erfindung wird unter besonderer Bezugnahme auf diesen Typ eines Lichtbogenschweißgeräts und seinen Einsatz für die Wurzellage im Rohrschweißen beschrieben; die Erfindung ist jedoch viel breiter und kann mit anderen elektrischen Lichtbogenschweißgeräten verwendet werden, die für eine offene Wurzellage wie den ersten Durchgang zwischen den Enden schwerer Platten und den Enden von Rohrabschnitten eingesetzt werden. Die Erfindung kann ebenso für nachfolgende Durchgänge in dem offenen Stoß Verwendung finden.
Erfindungsgemäß kompensiert das elektrische Lichtbogenschweißgerät automatisch Änderungen in der Spaltbreite. Bei dieser Anpassung wird keine konstante Wattzahl aufrecht erhalten, wie es in dem hier durch Bezugnahme einbezogenen Stava Patent der Fall ist. Dieses Patent offenbart ein hochfrequentes Schweißgerät wie den STT-Schweißer, zusammen mit einer Lehre für einen Schaltkreis zur Messung der Länge des vorstehenden Endes des Schweißdrahtes während des Schweißprozesses. Die Fähigkeit zur Messung der Länge des vorstehenden Endes beim Schweißprozess wird bei dem kommerziellen STT nicht genutzt, wohl aber bei der vorliegenden Erfindung. Eine Änderung in der Spaltbreite beim Legen der Wurzellage bei einem Rohrschweißprozess kann durch die momentane Länge des vorstehenden Endes bestimmt werden. Beim Schweißen eines Stoßes mit offener Wurzel und einem Spalt mit veränderlicher Breite sackt die Schweißschmelze durch den Spalt, wenn dieser breit ist. Dieses physikalische Phänomen führt zu einer Zunahme der Länge des vorstehenden Endes. Eine solche Länge des vorstehenden Endes kann durch die in dem Stava Patent illustrierte Schaltung festgestellt werden. Natürlich können mehrere Schaltungen mit verschiedenen hochfrequenten Leistungsquellen zur Messung der momentanen Länge des vorstehenden Endes eingesetzt werden. Wenn der Spalt zu eng ist, dringt die anfängliche Wurzellage nicht in den Spalt ein. Die vorstehende Länge nimmt ab. Diese verringerte vorstehende Länge wird von der Schaltung wie der in dem Stava Patent festgestellt, wenn dass Kurzschlussverfahren genutzt wird. Auf diese Weise verwirklicht die vorliegende Erfindung das Konzept der Messung der momentanen Länge des vorstehenden Endes zur Bestimmung des Spaltes zwischen den Platten im Schweißprozess. Die Messung der Länge des vorstehenden Endes bestimmt Änderungen, die in der Wärme der Schweißschmelze notwendig sind. Der Schweißstrom wird also bei engem Spalt erhöht und bei breitem Spalt abgesenkt.
Bei Verwendung der Messung der Länge des vorstehenden Endes kann die Erfindung zur Profilierung der Schweißung in der Schweißfuge verwendet werden. Wenn ein oszillierendes Schweißverfahren eingesetzt wird, bei welchem sich der Schweißdraht während des Fortgangs des Schweißprozesses entlang des Spalts quer zu diesem bewegt, ändert sich die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode, wenn der Draht sich den auseinanderstrebenden Wandungen nähert, die den Stoß bilden. Auf diese Weise liefert die Messung des vorstehenden Endes Informationen über die Position des Schweißkopfes, während er die Elektrode in Querrichtung bei dem Schweißprozess mit offener Wurzel bewegt. Eine noch allgemeinere Definition der Erfindung ist der Einsatz der gemessenen Länge des vorstehenden Endes während des Schweißprozesses zur Steuerung von Parametern des Schweißprozesses. Die gesteuerten Parameter sind der Schweißstrom oder die Richtung der Bewegung des Schweißkopfes, um nur zwei zu benennen.
Die vorliegende Erfindung ist besonders einsetzbar für das Rohrschweißen, wobei die Messung des vorstehenden Endes Informationen über Änderungen des Spalts an der Wurzel und/oder die Position der Elektrode relativ zur Mittellinie des Wurzelstoßes liefert. Wenn die Wurzelöffnung größer wird, neigt die Schweißschmelze dazu, durch den Spalt hindurch in das Innere des Rohrs zu fallen. Die vorliegende Erfindung erkennt den Anfang dieses Ereignisses, indem sie eine Zunahme in der Länge des vorstehenden Endes der Elektrode feststellt. Diese zunehmende Länge des vorstehenden Endes wird zur Reduktion der der Schweißschmelze zugeführten Wärme durch Reduktion des Schweißstroms genutzt. Dies geschieht durch Verringerung des Hintergrund- oder Spitzenstroms oder beider. So wird die Temperatur der Schweißschmelze verringert. Dies verursacht eine teilweise Erstarrung des geschmolzenen Metalls in der Schweißraupe, um das Metall am Hindurchfallen durch den Spalt zu hindern. Wenn der Wurzelspalt verringert ist, wird die festgestellte Länge des vorstehenden Endes der Elektrode ebenfalls reduziert, da das geschmolzene Metall nicht durch den Spalt hindurchgeht. Die Schweißschmelze sammelt sich an der Oberseite des Spalts. Wenn also eine Verringerung der Länge des vorstehenden Endes festgestellt wird, wird der Strom erhöht, um die Wärmezufuhr zu der Schweißschmelze in dem Spalt zu erhöhen. Die heißer werdende Schweißschmelze dringt in den engen Spalt ein und bewirkt eine ordnungsgemäße Verschmelzung an den Plattenenden über die gesamte Tiefe des Spaltes.
Nachdem die Wurzellage gelegt worden ist, kann die Messung der Länge des vorstehenden Endes nach einem anderen Aspekt der Erfindung zum Nachfahren der Schweißnaht eingesetzt werden. Die Information der festgestellten Länge des vorstehenden Endes wird von der Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Schweißkopfes benutzt. Die äußere Position des Schweißkopfes kann festgestellt werden als Abnahme der Länge des vorstehenden Endes der Elektrode. Wenn der Schweißkopf sich gegen den äußeren Teil des Spaltes hin bewegt, ist die Länge des vorstehenden Endes gering. Wenn die Elektrode über den Spalt bewegt wird, variiert die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode, wobei die geringste Länge an der Außenseite der Schweißnaht zu finden ist. Wenn die Elektrode eine Seite der Schweißnaht erreicht, wird ihre Bewegung umgekehrt, und sie bewegt sich gegen die andere Seite hin. Die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode nimmt zuerst zu und dann ab. Die Verwendung der Information über die Länge des vorstehenden Endes steuert die Schweißkopfeinrichtung, indem sie signalisiert, wann die Querbewegung der Elektrode oder des Schweißkopfes gestoppt und umgekehrt werden sollte. Diese Aktion erzeugt das schlangenförmige Muster des Schweißkopfes beim Schweißen und erlaubt das Nachfahren des Schweißstoßes.
Durch Verwendung der Information über die Länge des vorstehenden Endes stellt das elektrische Lichtbogenschweißgerät nach der Erfindung automatisch Änderungen im Spalt fest, die unerwünschte Profile der Schweißnaht zur Folge haben können. Außerdem werden die Randpositionen der Elektrode in der Querrichtung gegenüber den geneigten bzw. auseinanderstrebenden Seitenwandungen des Spalts ermittelt, damit die Richtung an der richtigen Stelle umgekehrt werden kann. Diese beiden separaten Funktionen beruhen auf der Messung der Länge des vorstehenden Endes. Die Messung der Länge des vorstehenden Endes kann durch einen Schaltkreis erfolgen, der durch den durchgeführten Schweißprozess bestimmt ist. In dem Kurzschlussschweißprozess in dem US Patent 5 001 326 Stava ist ein geeigneter Schaltkreis offenbart, mittels dessen die Länge des vorstehenden Endes zwischen dem Elektrodenhalter und dem geschmolzenen Metall der Schweißschmelze gemessen werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird sowohl bei halbautomatischen als auch bei automatischen Schweißoperationen eingesetzt. Die Schweißleistung oder -wärme kann durch Einsatz der Erfindung geändert werden. Durch Änderung der Länge des vorstehenden Endes der Elektrode bei der Bewegung des Schweißkopfes entlang einer Schweißnaht kann die Wärmezufuhr an ausgewählten Stellen der Schweißnaht geändert werden. Beispielsweise beim Schweißen einer Naht mit einem Schweißroboter kann die Länge des vorstehenden Endes, wenn die Geometrie des Werkstücks derart ist, dass an einer bestimmten Stelle mehr oder weniger Wärme erforderlich ist, geändert werden, um die Wärmezufuhr der Schweißoperation zu ändern. Dieser Einsatz der Erfindung erfordert nicht notwendig die Änderung der Steuereinstellungen des Schweißgeräts. Die Einstellungen bleiben fest, aber die gewünschte Länge des vorstehenden Endes wird für Steuerzwecke geändert. Bei einer anderen Verwendung der Erfindung wird die Länge des vorstehenden Endes zum Nachfahren der Schweißnaht bei einem Schweißdurchgang eingesetzt, so dass die Bewegung des Schweißkopfes tatsächlich durch den Verlauf der Schweißnaht gesteuert wird. Der von dem Schweißkopf bei einem Durchgang entlang der Schweißnaht zurückgelegte Weg wird in einem Speicher abgespeichert. Nachfolgende Durchgänge der Roboter-Schweißeinrichtung wiederholen den beim ersten Durchgang abgespeicherten Weg. Auf diese Weise folgen nachfolgende Durchgänge des Schweißgeräts dem gespeicherten Weg der ersten Schweißraupe.
Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist die Messung der Länge des vorstehenden Endes der Elektrode bei der Schweißoperation in einem Schweißvorgang mit offener Wurzel. Der Wert der Länge des vorstehenden Endes steuert den Strom während das Plasmateils des Schweißvorgangs entweder durch Steuerung des Maximalstroms, des Hintergrundstroms oder eines anderen Stroms. Tatsächlich kann die Integration des während des Plasmateils eines STT-Schweißzyklus eingesetzten Stroms in Abhängigkeit von der festgestellten Länge des vorstehenden Endes der Elektrode gesteuert werden. Bei einem SST-Schweißgerät kann die Messung des vorstehenden Endes auch durch die Kurzschlussfrequenz des Schweißgeräts erfolgen. Durch die Messung der Kurzschlussfrequenz in einem STT-Schweißprozess wird ein Signal erzeugt, welches für die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode repräsentativ ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher die Messung der Kurzschlussfrequenz in einer Kurzschluss-Schweißoperation und die Änderung des Lichtbogen-Schweißstroms zwecks Aufrechterhaltung einer nahezu gleich bleibenden Kurzschlussfrequenz.
Erfindungsgemäß wird ein elektrisches Lichtbogenschweißgerät vorgesehen zum Ablagern geschmolzenen Metalls von einem vorgeschobenen Schweißdraht in eine Schweißschmelze in eine offene Wurzel zwischen zwei einander benachbarten Platten. Diese Platten können die Enden von Rohrabschnitten sein, was den bevorzugten Einsatz der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Stoß definiert einen Schweißpfad und ist durch gegeneinander geneigte Wandungen gebildet, die in im wesentlichen parallelen Wandungen enden, die Abstand von einander aufweisen und einen Spalt an der Wurzel des Stoßes bilden. Das Schweißgerät umfasst ein Kontakthaltestück mit einem Drahtauslass. Eine schaltende Leistungsquelle leitet einen Schweißstrom in den Draht, während dieser von dem Durchgang zu der Wurzelöffnung des Stoßes beim Legen der ersten Schweißraupe der Schweißoperation vorgeschoben wird. Entsprechend den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die schaltende Leistungsquelle ein STT-Schweißgerät mit einer Wellenform, wie sie in dem US Patent 5 001 326 dargestellt ist. Der vorgeschobene Draht bildet zwischen den Kontakthaltestück und der Schweißschmelze ein vorstehendes Ende. Erfindungsgemäß werden die Länge des vorstehenden Endes festgestellt und der Schweißstrom als inverse Funktion der festgestellten Länge des vorstehenden Endes eingestellt, so dass eine Zunahme der Länge des vorstehenden Endes zu einem abnehmenden Strom bzw. zu einer abnehmenden Wärmezufuhr in die Schweißschmelze führt. Beim Einsatz des STT-Schweißgeräts ist die Leistungsquelle ein Kurzschlusslichtbogenschweißgerät mit verschiedenen Stromniveaus, die zwischen einem Kurzschlusszustand und einem Lichtbogen- oder Plasmazustand abwechseln. Die Wärmezufuhr zu der Schweißschmelze wird während des Lichtbogenzustands gesteuert, und es wird die Länge des vorstehenden Endes während des Kurzschlusszustands gemessen, wobei eine geeignete Schaltung Anwendung findet, von denen eine bevorzugte in dem US Patent 5 001 326 Stava dargestellt ist.
Der breite Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Messung der Länge des vorstehenden Endes und in der Nutzung derselben zur Steuerung der Wärme in der Schweißschmelze. Als eine alternative Anwendung der Erfindung wird die Länge des vorstehenden Endes zur Steuerung anderer Parameter in dem Schweißprozess eingesetzt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Länge des vorstehenden Endes in einem Augenblick gemessen und in einem Mikroprozessor-Softwareprogramm eingesetzt, um eine gewünschte Wellenform des Stroms von einer elektronischen Tabelle, von einer ROM-, RAM-, PROM-mathematischen Berechnung oder einem anderen Algorithmus auszuwählen. Der Ausgang der elektronischen Tabelle, des ROM-, RAM-, PROM- oder Softwarealgorithmus wird dann in einem Softwarefehlerverstärker eingesetzt, um den momentanen Strom, der sich aus der Integration des Gesamtstroms während des Schweißzyklus ergeben kann, zur Einstellung des Schweißstroms auf die gewünschte Höhe, die durch die festgestellte Länge des vorstehenden Endes diktiert sein kann, zu vergleichen. Die Stromanpassung ändert die STT-Wellenform durch Änderung des Spitzenstroms, des Hintergrundstroms usw.
Nach noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablagerung geschmolzenen Metalls von einem vorgeschobenen Schweißdraht in eine Schweißschmelze an der offenen Wurzel des Stoßes zwischen zwei be nachbarten Platten angegeben, die durch flache große Platten oder die Enden von Rohrabschnitten gegeben sein können. Die offene Wurzel erstreckt sich entlang einem Schweißpfad und wird durch einander annähernde Wandungen gebildet, die in im wesentlichen einander parallelen, Abstand aufweisenden Wandungen enden, die einen Spalt bilden. Das Verfahren umfasst die Schritte, den Draht mittels einer hochfrequent schaltenden Leistungsquelle Schweißstrom zuzuführen, während der Draht gegen den Spalt in der offenen Wurzel hin vorgeschoben wird, indem zunächst die Länge des vorstehenden Endes des Drahtes festgestellt und sodann der Schweißstrom als inverse Funktion der festgestellten Länge des vorstehenden Endes eingestellt wird, wobei die Länge des vorstehenden Endes und der Strom in inverser Beziehung zueinander stehen. Wenn die Länge des vorstehenden Endes zunimmt, nimmt der Strom ab. In gleicher Weise nimmt der Strom zu, wenn die Länge des vorstehenden Endes abnimmt. Dieses Konzept wird zur Kompensation von Unterschieden in dem Spalt entlang des Stoßes eines Schweißprozesses mit offener Wurzel genutzt, beispielsweise bei einem ersten Durchgang in einem Rohrschweißprozess.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kurzschluss-Schweißgerät, welches eine STT-Stromkurve erzeugt, modifiziert, um die Länge des vorstehenden Endes zu messen und sodann den Schweißstrom anzupassen, um die Temperatur der Schweißschmelze zu ändern. Dies ist eine wichtige Änderung, so dass eine geringe Wärme erzeugende STT-Schweißgerät ähnlich einem Lichtbogenschweißgerät mit konstanter Spannung arbeiten kann, indem die Temperatur der Schweißschmelze durch bloße Änderung der Länge des vorstehenden Endes angepasst wird.
Entsprechend einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der in der Schweißvorrichtung und bei der Methode benutzte Schweißdraht eine flußmittelgefüllte Elektrode. Dementsprechend ist während der Rohrschweißoperation kein Schutzgas erforderlich. Dies ist in den entlegenen geographischen Gebieten, in denen die Rohrschweißung normalerweise erfolgt, ein Vorteil.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung und eines Verfahrens zur Steuerung der einer Schweißschmelze bei einem Schweißprozess mit offener Wurzel zugeführten Wärme durch Ermittlung der Länge des vorstehenden Endes der Elektrode und Anpassung des Stromes zur Änderung der der Schweißschmelze zugeführten Wärme. Hierdurch wird das Problem gelöst, welches durch Variationen in dem Spalt an der offenen Wurzel des Stoßes gestellt wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung und eines Verfahrens wie vorstehend definiert, die automatisch Änderungen in dem Spalt eines Stoßes mit offener Wurzel kompensieren, wenn der erste Durchgang an der Wurzel erfolgt, besonders beim Rohrschweißen.
Noch ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung eines Verfahrens wie vorstehend definiert, die leicht dahingehend vervollständigt werden können, dass verschiedene Profile und Spalte beim Schweißen mit offener Wurzel kompensiert werden können, ebenso wie bei bestimmten Schweißdurchgängen nach dem ersten Durchgang an der Wurzel.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung und eines Verfahrens wie vorstehend definiert, die besonders anwendbar sind mit einer hochfrequenten schaltenden Leistungsquelle, und insbesondere mit einer Leistungsquelle mit der pulsierenden Wellenform des STT-Schweißgeräts.
Noch ein Ziel ist die Schaffung einer Einrichtung und eines Verfahrens wie vorstehend beschrieben, bei denen ein Kurzschluss-Lichtbogenschweißgerät die Temperatur der Schweißschmelze durch bloße Änderung der Länge des vorstehenden Endes des Schweißdrahtes ändern kann.
Noch ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung und eines Verfahrens wie vorstehend beschrieben, die mit einem Kurzschlussschweißprozess eingesetzt werden, wie er in dem US Patent 5 001 326 Stava offenbart ist.
Diese und weitere Ziele und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung zusammen mit dem beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild einer Leistungsversorgung, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird und der Leistungsversorgung ähnlich ist, die in dem US Patent 5 001 326 Stava offenbart ist;
1A ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die hochfrequente schaltende Leistungsversorgung ein Inverter ist, wie er in dem US Patent 5 351 175 Blankenship offenbart ist;
1B ist eine schematische Ansicht einer flußmittelgefüllten Elektrode, die bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
2 ist ein Schaltbild der Schaltung bzw. des Softwareprogramms zur Erzeugung des Signals, welches zur Einstellung der Wärme in der Schweißstelle dient, wenn die Länge des vorstehenden Endes des Drahtes sich bei einer Anfangseinstellung ändert;
3 ist ein Schaltbild der Schaltung oder des Softwareprogramms, welches bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Schaffung eines Spannungssignals dient, welches die tatsächliche momentane Länge des vorstehenden Endes des Drahtes wiedergibt;
4 ist ein Schaltbild der Schaltung bzw. des Softwareprogramms zur Umwandlung des Signals der 3 in ein Spannungssignal, welches den Widerstand des vorstehenden Endes wiedergibt;
4A ist ein Schaltbild einer Modifikation des Diagramms der 4;
5 sind mehrere Diagramme, die die Arbeitsweise der Schaltungen bzw. Programme der 3 und 4 wiedergeben;
6 ist ein Diagramm mit den Strom- und Spannungskurven eines einzigen Zyklus der Gleichstromleistungsquelle der 1 und 1A bei Benutzung des Kurzschlussprozesses einer STT-Lichtbogenschweißvorrichtung;
7 ist eine Darstellung der Differenz im Spannungssignal, welches durch die Schaltung in 3 für unterschiedliche Längen des vorstehenden Endes erzeugt wird;
8 ist ein Blockdiagramm des Softwareprogramms, welches in einem Mikroprozessor zur Verwirklichung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
9 ist ein Blockdiagramm des Softwareprogramms, welches in einer Modifikation des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
10 ist ein Blockdiagramm mit einer noch weiteren Modifikation der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein Blockdiagramm des Softwareprogramms und der Schaltung zur Verarbeitung eines durch die Schaltung in 4 erzeugten Signals zur Steuerung des Schweißgeräts;
12 ist ein Blockdiagramm eines Softwareprogramms und eines Steuerkreises der in 11 dargestellten Art, bei denen weitere Parameter über das durch die Schaltung und/oder das Programm der 4 erzeugte Signal hinaus verwendet werden;
Die 13A und 13B sind schematische Darstellungen einer Schweißoperation unter Verwendung der vorliegenden Erfindung bei relativ engem Spalt im Stoß;
14A und 14B sind schematische Darstellungen einer Schweißaperation unter Verwendung der vorliegenden Erfindung, wobei der Spalt in dem Stoß relativ breit ist;
15 ist ein schematisches Diagramm, welches ein durch die beigefügten Ansprüche nicht gedecktes Beispiel illustriert, wobei das durch die Schaltung bzw. das Programm der 3 erzeugte Signal oder das Signal der Schaltung oder des Programms nach 4 eingesetzt werden, um die seitliche Bewegung des Schweißkopfes bei dem Legen der jeweils nachfolgenden Schweißraupen in dem Stoß der 13 und 14 zu stehen;
16 ist ein kombiniertes Schalt- und Blockdiagramm, welches eine Schaltung und/oder ein Softwareprogramm zur Realisierung des Beispiels nach 15 illustiert;
17 ist ein Querschnitt eines Stoßes mit offener Wurzel, der mit einer Schweißkopfsteuerung des Standes der Technik geschweißt werden soll;
18 ist eine Reihe von Ansichten gemäß 17, die ein Problem des Standes der Technik erkennen lassen;
19 ist eine teilweise Draufsicht auf einen Stoß mit offener Wurzel und gebogenem Schweißpfad;
20 ist ein Diagramm mit einer bildlichen Einfügung, die Änderungen in dem durch die Schaltung bzw. das Programm nach 3 erzeugten Signal bei Änderungen der Länge des vorstehenden Endes veranschaulichen;
21 ist eine Darstellung mit einer bildlichen Einfügung, die den Betrieb des Beispiels bei Nutzung des in 15 und den oberen Teil des Schaltbildes nach 16 schematisch dargestellten Konzeptes erkennen lassen;
22 ist ein Diagramm ähnlich dem Diagramm der 21, wobei die vollen Implikationen des Schaltbildes nach 16 genutzt werden und
23 ist ein Schaltbild einer Schaltung zur Verarbeitung eines die Länge des vorstehenden Endes repräsentierenden Signals mit einer von derjenigen nach 3 verschiedenen Anordnung.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
In der Zeichnung dienen die Darstellungen nur zur Illustration eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. 1 zeigt eine hochfrequente Gleichstrom-Schalt-Leistungsquelle PS, mittels derer ein Schweißstrom durch den Schweißdraht 10 zum Werkstück 12 geleitet wird, während der Draht in einem elektrischen Verbindungsstück oder Halter 14 abgestützt ist. Ein geeigneter Drahtvorschub 16 zieht Draht von einer Vorratsspule 18 mit einer Geschwindigkeit ab, die durch die Einstellung der Leistungsquelle bestimmt ist, wie sie durch die Bedienungsperson oder den Programmierer eingestellt ist. Das Haltestück 14 ist mit dem Anschluss 22 der Gleichstromleistungsquelle PS verbunden und empfängt zwischen dem Anschluss 20 und dem Anschluss 22 entgegengesetzter Polarität einen Gleichstromimpuls. Die Gestalt des Gleichstromimpulses ist durch eine geeignete Wellenformschaltung 30 bestimmt, die eine Stromsteuerung 32 mit einem Ausgang 32d zur Einstellung des Stroms eines Schweißzyklus aufweist. Diese Einstellung des Stroms kann Änderungen des Maximal stroms, des Spitzenstroms, des Hintergrundstroms usw. beinhalten. Die Wellenformschaltung 30 ist bei der Steuerung von hochfrequenten schaltenden Leistungsquellen wohlbekannt. Ein Ausgangssignal auf der Leitung 34 ändert sich während eines Schweißzyklus, um die Gestalt des Stroms zwischen der Elektrode bzw. dem Draht 10 und dem Werkstück 12 zu steuern. Die Erfindung wird in dem Stoß zwischen zwei Platten verwendet; deswegen ist das Werkstück 12 eine Schweißschmelze zwischen den beiden Abstand voneinander aufweisenden Platten. In der Praxis sind die Platten Rohrabschnitte mit einem Stoß mit offener Wurzel, wobei die Schweißschmelze oder die Raupe den oberen Teil des Werkstücks 12 bildet. Der Abstand zwischen dem Haltestück 14 und der Schweißschmelze bzw. dem Werkstück 12 ist die Länge des vorstehenden Endes für den Schweißprozess. Die Länge des vorstehenden Endes bzw. der Elektrodenvorstand kann durch den in dem US Patent 5 001 326 offenbarten Schaltkreis zur Messung der Länge des vorstehenden Endes bestimmt werden, wenn ein Kurzschluss-Schweißverfahren wie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Es können auch andere bekannte Schaltungen die Länge des vorstehenden Endes bzw. den Elektrodenvorstand messen, besonders wenn andere Typen von Schweißzyklen eingesetzt werden. Die Messeinrichtung für die Länge des vorstehenden Endes ist in den 2, 5, 6 und 7 dargestellt. Es könnten natürlich sogar für ein STT-Schweißgerät andere Messtechniken eingesetzt werden, wie beispielsweise die in 23 dargestellte Kurzschlussfrequenzmessvorrichtung. Da sich das US Patent 5 001 326 Stava auf eine hochfrequente Leistungsquelle mit Zerhackung konzentriert, ist diese Leistungsquelle in 1 zum Zwecke der Erläuterung der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Es können auch andere hochfrequente schaltende Leistungsversorgungen zur Erzeugung des Schweißstroms zwischen dem Draht 10 und der Schweißschmelze in einem Stoß zwischen zwei Platten eingesetzt werden. Die Leistungsquelle PS ist eine schaltende Einrichtung mit einer Frequenz von oberhalb 18 kHz und vorzugsweise ungefähr 20 bis 40 kHz. Ein Pulsbreitenmodulator 40 ist zur Schaffung schneller Stromimpulse variabler Breite in Konvertern wie Zerhackern und Invertern Standard. Die Steuerleitung 42 formt den Ausgangsstrompuls mit kurzen Strompulsen, die eine durch den Antriebsoszillator 44 gesteuerte Frequenz aufweisen. Die Spannung auf der Leitung 42 zeigt infolgedessen die Breite der raschen Strompulse an, die durch den Schalter 50 mit hoher Frequenz, beispielsweise oberhalb 18 kHz, hindurch gelassen werden. Auf diese Weise wird der durch den Draht 10 hindurchgehende Schweißstrom durch die Spannung auf der Ausgangsleitung 34 des Wellenformkreises 30 gesteuert. Diese Schaltung ist in dem US Patent 5 001 326 Stava dargestellt und auf sie wird hier Bezug genommen. Die Spannung auf der Leitung 42 zur Steuerung der Pulsbreite ist eine Gleichspannung am Ausgang des Fehlerverstärkers 60, die in geeigneter Weise durch den Widerstand 62 beaufschlagt ist. Ein Parallelschaltkreis 70 zur Außerkraftsetzung wird betrieben, um die Leitung 34 durch die Spannung in der Leitung 42 auf null zu halten. Der Eingang des Fehlerverstärkers 60 ist die Spannung am Ausgang der Schaltung 30, die durch mehrere Schalter gesteuert wird, die in einem STT-Schweißgerät eingesetzt und allgemein in dem US Patent 5 001 326 Stava dargestellt sind. Die Steuerung der Wellenform bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Der von dem Fehlerverstärker 60 gezogene Strom steuert die über die Leitung 42 dem Pulsbreitenmodulator 40 zugeführte Spannung zum Zwecke der Steuerung der Größe der durch den Oszillator erzeugten Strompulse. Der Pulsbreitenmodulator 40 öffnet und schließt den eingestellten FET Schalter 50, der eine Stromwelle wie in der oberen Kurve der 6 dargestellt aussendet. Die vertikalen Linien stellen die schnellen Strompulse dar, die die STT-Wellenform bilden. Das STT-Schweißgerät verwendet einen Spritzsteuerkreis 70, der in Abhängigkeit von einer bevorstehenden Schmelzung durch ein Signal auf der Leitung 72 betrieben wird. Dieses Schmelzsignal wird durch einen dv/dt-Vorwarnkreis 74 erzeugt, so dass die Logik auf der Ausgangsleitung 76 den Leistungsschalter 80 sperrt, unmittelbar bevor eine Schmelzung während eines Kurzschlusses oder eines Pinchpulses in einem gegebenen Schweißzyklus entsteht. Der Betrieb des Schalters 80 ändert den Schweißstrom durch eine kleine Drossel 82 von einem allgemein hohen Niveau durch den Schalter 80 in ein allgemein niedriges Niveau durch die Schalterdämpfung 84. Wenn der Kurzschlusszustand eines Schweißzyklus fortschreitet, überschreitet das gemessene dv/dt einen eingestellten Wert, der eine bevorstehende Verschmelzung anzeigt. Die Logik auf der Leitung 72 schaltet sofort um. Infolgedessen wird der Schweißstrom des Schalters 80 auf ein niedriges Niveau umge schaltet, um die Energie zu verringern, die durch die Explosion der Schmelze freigesetzt wird. Dadurch wird das Spritzen reduziert. Dieses Konzept ist nicht Teil der der die vorliegende Erfindung darstellenden Verbesserungen, sondern Teil des STT-Schweißgeräts, welches bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode fest und steuert den Strom-Schaltkreis 32 und die durch den Schweißprozess während der Erzeugung einer Wurzellage erzeugte Wärmemenge. Dies ist in erster Linie zum Legen der Wurzellage beim Rohrschweißen einsetzbar. Der STT wurde ursprünglich entworfen, um eine Leistungsquelle mit Zerhacker wie in 1 einzusetzen; jetzt jedoch benutzt der STT einen Inverter 100, der oberhalb 18 kHz betrieben und in 1A dargestellt ist. Eine repräsentative Inverterarchitektur für das elektrische Lichtbogenschweißen ist in dem US Patent 5 251 175 Blankenship dargestellt. Beide Typen von Leistungsversorgungen setzen eine Steuerung 30 für die Wellenform ein und umfassen eine Anordnung zur Einstellung des verschiedenen Stromniveaus, wie sie durch die Stromsteuerung 32 illustriert ist, um die Wellenform der Figur zu erzeugen. Der Inverter 100 hat eine geeignete Eingangs-Leistungsversorgung, die ein motorbetriebener Generator sein kann, jedoch als Dreiphasenleitungsspannung 102 wiedergegeben ist. Diese Leitungsspannung wird zunächst in einen Gleichstrom gleichgerichtet, welchen der Inverter mit hoher Frequenz umschaltet, um eine Stromwelle zu erzeugen, die in dem Ausführungsbeispiel eine STT Kurzschlusswelle wie in 6 dargestellt ist. Zusätzlich ist erfindungsgemäß der Draht 10 eine flussmittelgefüllte Elektrode B, wie es schematisch in 1B dargestellt ist. Eine solche Elektrode hat eine äußere Umhüllung 110 und einen hohlen Kern 112, der mit den Inhaltsstoffen eines Flussmittelsystems und/oder Legierungspartikeln gefüllt ist. Durch den Einsatz einer flussmittelgefüllten Elektrode für das Rohrschweißen in abgelegenen Gegenden wird die Notwendigkeit von Schutzgas erübrigt. Dies ist in einigen entfernten Teilen der Welt von Vorteil.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Konzept (a) die vorstehende Länge der Elektrode zu messen und (b) diese Messung zur Steuerung der Wärmezufuhr bei der Erzeugung der Wurzellage in einer Rohrschweißoperation zu nutzen. Die Wurzel ist zwischen den Kanten der Platten gelegen.
2 stellt einen Schaltkreis ähnlich 2 in dem US Patent 5 001 326 Stava dar, der ein Softwareprogramm oder eine Hardware-Schaltung zur Messung des vorstehenden Endes a ist. Sie erlauben, dass das Schweißgerät sich selbst justiert oder kalibriert, basierend auf einer Ablesung der Länge des vorstehenden Endes, die während einer fünfsekündigen Startphase durch die Bedienungsperson gemacht wird. Zu diesem Zweck dient der Messkreis 120 für die Länge des vorstehenden Endes zur Schaffung einer Spannung auf der Leitung 122, die die Länge des vorstehenden Endes während eines Gleichstromschweißzyklus darstellt. Das in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eingesetzte Verfahren ist der STT Zyklus, der durch die Spannungs- und Stromkurven in 6 illustriert wird. Diese Kurven werden durch ein STT-Schweißgerät unter Benutzung eines Inverters nach 1A erzeugt. Die Bogenspannung V_a wird am Eingang 124 angezeigt und dient zur Aufladung des Kondensators 130 über den Widerstand 126 über den Softwareschalter 128 für kurze Perioden unmittelbar nach dem in den 5 und 6 dargestellten Breakpointstrom zum Zeitpunkt T2. In der Praxis beträgt die Verzögerung nach dem Breakpoint ungefähr 100 Mikrosekunden. Der Schalter 128 ist zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 während des Kurzschlusszustandes des Schweißzyklus geschlossen. Der Schalter 128 ist für weniger als 500 Mikrosekunden und vorzugsweise für ungefähr 300 Mikrosekunden geschlossen. Nach dem Schließen des Schalters wird der Kondensator 130 aufgeladen und erzeugt auf der Leitung 122 eine Spannung. Diese Spannung ist repräsentativ für die Kurzschlussspannungssitzen. Diese Spannungsspitzen treten auf, wenn der Draht 10 mit der Schweißschmelze 12 kurzgeschlossen ist. Die Spannung an dem Kondensator 130 ist daher proportional zur Länge des vorstehenden Endes des Drahtes, weil diese Spannung gemessen wird, während der Strom von Zyklus zu Zyklus die gleiche Größe hat. Somit ist die Spannung V_SO repräsentativ für die Länge a des vorstehenden Endes. Wenn na türlich andere Schweißzyklen Verwendung finden, kann die für die Länge des vorstehenden Endes repräsentative Spannung durch eine Anzahl von Schaltkreisen gemessen werden, die für die besondere Art der durchzuführenden Schweißoperation spezifisch sind. Der Stromsteuerkreis 32 in 1 könnte direkt auf die Spannung in der Leitung 122 reagieren. Die Spannung auf dieser Leitung wird jedoch nicht nur durch die Länge des vorstehenden Endes sondern auch noch durch andere Parameter gesteuert, z.B. den Durchmesser des Drahtes, die Zusammensetzung des Drahtes, den spezifisches Widerstand des Drahtes und das Schutzgas, um nur einige zu nennen. Das vorstehende Ende ist in der vorliegenden Anmeldung eine Länge. Die angezeigte und in der Erfindung verwendete „Länge des vorstehenden Endes" hat andere Steuerparameter. Die Spannung auf der Leitung 122 kann bei einem Schweißgerät, welches einen bestimmten Schweißdraht einsetzt, einen anderen Wert haben, als die Spannung für die gleiche Länge des vorstehenden Endes in einer anderen Schweißoperation. Die Länge des vorstehenden Endes unterliegt Variablen und wird in dieser Beschreibung als ein allgemeines Konzept zur Bestimmung einer Spannung benutzt, die eine repräsentative Länge des vorstehenden Endes anzeigt und mit der Längenkomponente bei einer spezifischen Schweißoperation variabel ist. In Anbetracht dieser notwendigen Variablen wird manchmal eine Schaltung benutzt, wie sie in 2 dargestellt ist. Diese Schaltung liest nicht nur die Spannung auf der Leitung 122 ab, die im allgemeinen längensensitiv ist, sondern auch den tatsächlichen Lichtbogen des Stroms I_a während des Plasmaboost auf der Leitung 132. Die Variablen werden auf diese Weise in das Steuersignal eingearbeitet. Die Spannungen auf den Leitungen 122 und 132 werden den Eingängen einer Multiplier-Schaltung 134 zugeleitet, die in der Praxis ein Softwaremultiplier ist, mit einem Ausgang 136, der die mittlere Spannung der Länge des vorstehenden Endes kombiniert mit dem Bogenstrom zu einer ausgewählten Zeit des Schweißzyklus ist. Die Spannung auf der Leitung 136 ist daher die Wattzahl des vorstehenden Endes und berücksichtigt die Variablen des Schweißprozesses. Die in 2 dargestellte Schaltung dient zur Steuerung des Spitzenstroms I_M während des Leistungsboostimpulses. Um die Steuerung 32 über den während eines spezifischen Schweißprozesses einzusetzenden Schweißstrom in Kenntnis zu setzen, wird ein Starterkreis 140 einge setzt, indem ein Softwareschalter 142 für eine vorgeschriebene Zeit zu Beginn des Schweißzyklus geschlossen wird, die normalerweise ungefähr 5 Sekunden beträgt. Die der Länge des vorstehenden Endes entsprechende Spannung auf der Leitung 136 lädt den Kondensator 150 über den Widerstand 144 während des anfänglichen Starts des Schweißzyklus auf, um der Stromsteuerung 32 die gewünschte Länge des vorstehenden Endes für den gesamten Prozess vorzugeben. Der Schaltkreis 140 umfasst auch den Softwareschalter 146, der während des Plasmaboostimpulses T6–T7 geschlossen ist. Durch die Verwendung des Schaltkreises 140 wird der Kondensator 150 auf eine Spannung aufgeladen, die die Wattzahl des Plasmaboosts für die am Anfang des Schweißprozesses eingestellte Länge des vorstehenden Endes anzeigt. Der Haltekreis 142 hält die Spannung an dem Kondensator 150 in der zum Eingang des Fehlerverstärkers 160 führenden Ausgangsleitung 154. Der Fehlerverstärker 160 erzeugt auf der Leitung 160a ein Fehlersignal, welches proportional zu der Bezugswattzahl auf der Leitung 154 und der tatsächlichen Wattzahl auf der Leitung 136 ist. Dieses Fehlersignal wird zur Steuerung des Spitzenstroms I_M nur während des Plasmaboostimpulses durch den Schalter 162 genutzt. Beim Start ist der Schalter 162 geöffnet. Danach ist das Signal auf der Leitung 160a der Eingang 132 der Steuerung 32, wenn der Schalter 162 während des Plasmaboostimpulses geschlossen ist. Das Signal auf der Leitung 162 wird dem Eingang 32a zugeleitet, so dass Änderungen in der Leitung 136 den Strom in dem Schaltkreis 32 justieren, um den Strom zwischen dem Draht 10 und der Schweißschmelze 12 während der Zeit T6–T7 zu ändern. Zu anderen Zeiten folgt die Steuerung 32 den Einstellungen der STT-Kurve der 6. Durch Einsatz des Schaltkreises 140 wird die Steuerung 32 zu Beginn der Schweißoperation auf eine bevorzugte Länge des vorstehenden Endes eingestellt. Danach wird die Länge des vorstehenden Endes angezeigt, um den Schweißstrom einzustellen, sei es den gesamten integrierten Strom, den Maximalstrom, den Spitzenstrom oder den Hintergrundstrom, wie jeweils gewünscht.
Erfindungsgemäß stellt die Spannung auf der Leitung 122 die Länge des vorstehenden Endes bei einem gegebenen Schweißprozess dar. Diese Spannung wird in der vorliegenden Erfindung benutzt, um den Schweißstrom auf das gewünschte Niveau zu verschieben, basierend auf der Größe der die Länge des vorstehenden Endes darstellenden Spannung V_SO. Der dieses Konzept darstellende Basisschaltkreis ist in 3 wiedergegeben, die der Eingangsteil der 2 ist, der eine Spannung auf der Leitung 122 als Eingang zu dem Schaltkreis 32 auf der in 1 dargestellten Leitung 32a erzeugt. Die gemessene Länge des vorstehenden Endes wird zur Steuerung des Schweißstroms oder wenigstens von Teilen des Schweißstroms verwendet, um die Wärme in der Schweißschmelze bei der Fertigung der Wurzellage in einem Schweißprozess mit offener Wurzel einzustellen. Wie zuvor bemerkt, berücksichtigt die Spannung auf der Leitung 122 nicht die Variablen in dem besonderen weiterzuentwickelnden Schweißprozess; daher wird entsprechend einem Aspekt der Erfindung die Spannung auf der Leitung 122 mit dem Bogenstrom kombiniert. Dies ist in 2 dargestellt. In der Praxis ist der Schaltkreis zur Kombination dieser Werte wie in 4 ausgeführt. Der Teilkreis 180 ist ein Softwarekreis, kann aber auch ein Hardwarekreis sein. Der Schaltkreis teilt die die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung durch den Bogenstrom. Wie in 5 wiedergegeben ist dieser Bogenstrom der momentane Bogenstrom, der auftritt, wenn die Spannung gemessen wird. Die Spannung auf der Leitung 182 entspricht daher der die Länge des vorstehenden Endes repräsentierenden Spannung, dividiert durch den Kurzschlussstrom zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 der STT Welle. Die Spannung auf der Leitung 182 ist der Widerstand des vorstehenden Endes, welcher Parameter für die Steuerung des Schweißprozesses genauer ist. Der Widerstand R_SO des vorstehenden Endes wird durch die Steuerschaltung 32 in der gleichen Weise benutzt wie die die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung V_SO. In beiden Fällen repräsentiert das Signal auf der Leitung 122 oder das Signal auf der Leitung 182 die Länge a des vorstehenden Endes. In der gesamten vorliegenden Beschreibung bedeutet „vorstehendes Ende" die Spannung oder den Widerstand der Länge des vorstehenden Endes. Die Ausdrücke können bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung wechselweise eingesetzt werden. Der Stromschaltkreis 32 hat einen ersten Eingang 32a für die Spannung des vorstehenden Endes und einen zweiten Eingang 32b für den Widerstand des vorstehenden Endes. Um sicherzustellen, dass die Spannung auf der Leitung 32b (R_SO) den gleichen Strom benutzt, wie er für die Messung der Spannung des vorstehenden Endes verwendet worden ist, wird der Schalter 128 zur Aufladung des Kondensators 184 genutzt, wie es in 4 dargestellt ist. Die dem Schaltkreis 180 zugeführte Spannung und der entsprechende Strom sind Spannungen und Ströme die während der kurzen Zeit von weniger als 500 Mikrosekunden und vorzugsweise ungefähr 300 Mikrosekunden unmittelbar nach dem Breakpoint in dem Kurzschlusszustand gemessen werden. Eine Modifikation des Schaltkreises nach 4 ist in 4a dargestellt, worin die Teilungsstufe 180a die Bogenspannung V_a durch den Bogenstrom I_a teilt und während des Bogenzustandes während der Zeit T1–T8 abgelesen wird. Dies ergibt den Widerstand des vorstehenden Endes als Spannung auf dem Kondensator 184a in der Leitung 182a.
Die Messung der Spannung des vorstehenden Endes wird durch den durchgeführten Schweißprozess und die zugänglichen Parameter zur Gewinnung eines für die Länge des vorstehenden Endes repräsentativen Signals bestimmt, sei es die Spannung V_SO oder der Widerstand R_SO. Da das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung das STT Bogenschweißgerät einsetzt, wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Messkreis für die Länge des vorstehenden Endes nach dem US Patent 5 001 326 Stava eingesetzt. Dieser Messkreis ist bekannt und in den die 5 bis 7 bildenden Ansichten dargestellt. Die Strom- und Spannungskurven des STT-Schweißgeräts sind in 6 wiedergegeben, worin ein Schweißzyklus zwischen den Zeiten T0 und T9 abläuft. Zum Zeitpunkt T9 wird der Schweißzyklus wiederholt. Zum Zeitpunkt T0 fällt die Spannung V_a auf einen kleinen Wert ab, was einen Kurzschluss zwischen der Kugel geschmolzenen Metall am Ende vorgeschobenen Drahtes und der schon in der Schweißstelle abgelagerten Schweißschmelze 12 anzeigt. Bis zur Zeit T1 wird der Strom niedrig gehalten. Danach wird der Strom gesteuert, wie es durch den Pinchimpuls 200 angezeigt ist, der in einem Spannungsimpuls 202 resultiert. Am Breakpoint 204 zum Zeitpunkt T2 geht der Strom auf eine niedrigere gesteuerte Steigung für den Rest des Pinchpulses über. Der Strom an dem Breakpoint 204 ist ein fester Wert. Der Schalter 128 bleibt zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 geschlossen. Der Zeitpunkt T3 ist gegenüber dem Zeitpunkt T2 ungefähr 100 Mikrosekunden verzögert. Dies liefert einen Spannungsimpuls 210, der relativ schmal ist und nahe dem Breakpoint 204 erzeugt wird. Auf diese Weise bleibt der Schweißstrom auf dem gleichen Niveau, solange der Spannungsimpuls 210 erzeugt wird. Wenn der Vorwarnschaltkreis 72 das Herannahen einer Verschmelzung anzeigt, wird der Pinchpuls 200 zum Zeitpunkt T5 auf das Hintergrund-Stromniveau verschoben. Dieses Stromniveau wird bis zur Zeit T6 aufrecht erhalten, zu welcher ein Plasmaboostpuls 212 durch den Wellenformschaltkreis 30 der 1 erzeugt wird. Dieser Impuls hat einen Maximalstrom und dann einen Stromabfall im Teil 214. Die vertikalen Linien stellen die hochfrequenten Impulse des Schalters 50 dar. Der Abfall des Plasmaboostimpulses 212 ist zum Zeitpunkt T8 beendet. Danach wird der Hintergrundstrom aufrecht erhalten, um die Kugel des geschmolzenen Metalls flüssig zu halten, bis ein Kurzschluss zum Zeitpunkt T9 auftritt. Dies ist der gleiche Kurzschlusszustand, der den Zyklus zum Zeitpunkt T0 gestartet hat. Es wird auf diese Weise der nächste Schweißzyklus zum Zeitpunkt T9 gestartet. Die bei der Schweißoperation erzeugte Wärme wird durch Integration der Stromkurve zwischen den Zeitpunkten T6 und T9 bestimmt. Diese Wärme kann durch Änderung des Spitzen- oder Maximalstroms des Boostpulses 212 oder des Hintergrundstroms zwischen den Zeitpunkten T8 und T9 gesteuert werden. Indem der Maximalstrom I_M oder der Hintergrundstrom I_B angepasst werden, wird die Wärme in der Schweißschmelze 12 geändert, um die Viskosität des geschmolzenen Metalls anzupassen. Die Pinchpulse 200 und 202 sind zusammen mit der Spannungsspitze 210 schematisch in 5 dargestellt. Durch Aufsummierung dieser Spitzen wird die die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung V_SO zur Verwendung bei der Erfindung erzeugt. Wie zuvor erläutert, wird die die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung V_SO durch den Bogenstrom I_a geteilt, um einen die Länge des vorstehenden Endes wiedergebenden Widerstand R_SO zu erhalten. Der die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Widerstand ist als Impuls 220 in dem unteren Diagramm der 5 gezeigt. Die Impulse 220 werden akkumuliert, um einen momentanen Widerstand des vorstehenden Endes zu ergeben, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Sowohl die die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung als auch der entsprechende Widerstand zeigen die Länge des vorstehenden Endes während des Schweißprozesses an. Sie werden bei der vorliegenden Erfindung zur Steuerung der Wärme in der Schweißschmelze genutzt, insbesondere bei dem der Wurzellage entsprechenden Durchgang des Schweißprozesses. Diese gleichen Werte werden zur Steuerung der Oszillation des Schweißkopfes beim Füllen des Stoßes zwischen zwei benachbarten Platten eingesetzt. Unter der Annahme, dass der Strom zwischen den Zeiten T3 und T4 konstant ist, was im allgemeinen zutrifft, sind die Spannungsspitzen 210a, 210b und 210c repräsentativ für unterschiedliche Längen m, n und o in den Beispielen I, II und III der 7. Die entsprechenden Spannungsspitzen in dem Diagramm der 7 werden als Parameter des vorstehenden Endes genutzt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung V_SO auf der Leitung 122 dem Eingang 32a des Stromsteuerkreises 32 zugeleitet. Dieser Schaltkreis ist schematisch in 8 dargestellt. Die die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung der Leitung 32a wird dem Eingang einer elektronischen Tabelle, eines ROM, PROM oder einer anderen Speichereinrichtung 250 zugeleitet, die einen mit der eingegebenen, die Länge des vorstehenden Endes wiedergebenden Spannung in Beziehung stehenden gewünschten Strom 252 abgibt. Der Ausgang 254 ist eine für den gewünschten Strom kennzeichnende Spannung, die auf der gemessenen, die Länge des vorstehenden Endes wiedergebenden Spannung V_SO beruht. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Bogenstrom auf der Leitung 132 dem Schaltkreis 32 über die Leitung 32c zugeleitet. In dem Schaltkreis 32 wird der Bogenstrom durch den Integrator 260 zwischen den Zeitpunkten T0 und T9 integriert. Dies gibt den tatsächlichen Strom des Schweißgeräts für einen Schweißzyklus wieder. Die Spannung auf der Leitung 264 stellt daher den tatsächlichen Strom dar, der einen Eingang zu dem Fehlerverstärker 270 bildet. Der andere Eingang ist der gewünschte Strom auf der Leitung 154. Der Ausgang 272 des Verstärkers 270 ist der Ausgang 32d des Schaltkreises 32. Die Spannung auf der Leitung 32d steuert den tatsächlichen Strom während aufeinander folgender Schweißzyklen. Wenn daher die Länge des vorstehenden Endes zunimmt, nimmt die Wärme in der Schweißschmelze 12 ab. Diese inverse Beziehung ist in die Tabelle 250 einprogrammiert. Der Schaltkreis 30 für die Wellenform formt die Wellenform des Stroms entsprechend 6, indem sie die gewünschten Stromniveaus zur Verschiebung des aktuellen integrierten Stroms zu dem gewünschten Wert hin nutzt. Der Schaltkreis oder die Stufe 272 zur Anpassung des Stroms ändert den Maximalstrom I_M, den Hintergrundstrom I_B oder beide Ströme je nach dem in die Stufe 272 einprogrammierten System. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Hintergrundstrom angepasst, um die gewünschte Wärme in der Schweißschmelze 12 aufrecht zu erhalten.
Die 9 bis 12 sind Modifikationen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zur Steuerung elektrischer Lichtbogenschweißgeräte über die Länge des vorstehenden Endes des Drahtes, die entweder durch die die Länge des vorstehenden Endes wiedergegebene Spannung V_SO oder den entsprechenden Widerstand R_SO dargestellt ist. Diese Softwarediagramme sind schematisch dargestellt und können durch verschiedene Softwaretechniken verwirklicht werden. 9 stellt einen Steuerschaltkreis 30' für den Strom dar, bei dem ein Funktionsgenerator 280 anstelle der programmierten Tabelle 250 eingesetzt wird. Dieser Funktionsgenerator kann eine analoge oder digitale Einrichtung sein und kann einen Eingang aufweisen, der entweder die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung V_SO oder der entsprechende Widerstand R_SO ist. Der Ausgang des Funktionsgenerators ist der gewünschte Strom der Stufe 282. Das Niveau dieser Stufe steuert den Schweißstrom, wie es durch den Block oder die Stufe 284 mit dem Ausgang 286 wiedergegeben ist. Dieser Ausgangswert wird der Steuerung des Lichtbogenschweißgeräts zugeleitet, beispielsweise dem Schaltkreis 30 für die Wellenform des Schweißgerätes in 1. In gleicher Weise illustriert 10 einen Steuerschaltkreis 30'', der eine programmierte Tabelle 290 zur Schaffung eines gewünschten Stroms an der Stufe 292 zur Steuerung einer Stromeinstellstufe 294 nutzt. Das Signal auf der Ausgangsleitung 296 wird der Steuerung des Schweißgeräts zugeleitet. Beide 9 und 10 lassen erkennen, dass entweder die Spannung oder der Widerstand des vorstehenden Endes des Drahtes als direkte Steuergröße des Schweißgerätes verwendet werden können. Es wird keine Rückkopplung des tatsächlichen Stroms eingesetzt. Diese Ausführungsformen der Erfindung sind Steuerungen mit offenem Schaltkreis, bei denen der Strom eine absolute Zahl ist, die durch den Ausgang des Funktionsgenerators 280 oder der Tabelle 290 bestimmt ist. In der Praxis wird das System nach 8 mit geschlossenem Schaltkreis eingesetzt. Die Systeme nach den 8 bis 10 sind durch Software in einem Mikroprozessor verwirklicht; sie können jedoch auch durch analoge Schaltkreis verwirklicht sein.
Der die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Widerstand umfasst mehr Informationen und ist ein präziserer die Länge des vorstehenden Endes wiedergebender Parameter. Dementsprechend nutzen die Schweißgerätsteuersysteme in den 11 und 12 den Widerstand R_SO als Messung des vorstehenden Endes. In 11 hat der Schaltkreis 300 eine Tabelle 302 mit einem Eingang 182, der der die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende in Realzeit variable Widerstand ist. Diese Tabelle wird durch eine Anzahl von Parametern modifiziert, wie z.B. die Zusammensetzung und die Größe der Elektrode, das Schutzgas und andere Variablen. Diese Variablen verschieben die Tabelle 302, um die zusätzlichen Parameter zu berücksichtigen. Der Ausgang aller dieser Parameter aus der programmierten Nachschlagetabelle ist die Länge des vorstehenden Endes an der Stufe 304. Erfindungsgemäß ist das die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Signal der Stufe 304 vorzugsweise digital und wird der Steuerung 306 des Schweißgeräts W zugeleitet. Die Variable für die Steuerung ist der entsprechend der vorliegenden Erfindung gemessene und die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Widerstand. Der Schaltkreis 310 in 12 folgt ebenfalls dem Wert des die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Widerstand auf der Leitung 182. Dieser Wert wird einer programmierten Tabelle zugeführt, die durch die Parameter der 11 indexiert ist und ein die Länge des vorstehenden Endes wiedergebendes Signal an der Stufe 314 erzeugt. Die Größe dieses Signals wird der Steuerung 316 des Schweißgeräts W zugeführt. Die Steuerung 316 des Prozesses umfasst auch Eingänge wie Strom, Spannung, Zeit, Elektrode, Schutzgas und Zuführgeschwindigkeit des Drahtes. Alle diese Parameter werden zur Steuerung des von dem Schweißgerät W ausgeführten Schweißprozesses eingesetzt. Wie in 11 passt der Schaltkreis 310 die Standardsteuerung 316 für das Lichtbogenschweißgerät W durch einen die Länge des vorstehenden Endes des Drahtes wiedergebenden Parameter an. In diesen beiden Beispielen ist der Parameter der Widerstand R_SO des vorstehenden Endes. Natürlich könnte der Parameter auch die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung V_SO sein.
Die vorliegende Erfindung verwendet die Länge des vorstehenden Endes des Drahtes, sei es die diese wiedergebende Spannung V_SO oder der diesen wiedergebende Widerstand R_SO, zur Steuerung des Schweißstroms zwecks Anpassung der Wärme in der Schweißschmelze eines Schweißprozesses mit offener Wurzel wie er beim Rohrschweißen Verwendung findet. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in den 13A, 13B, 14A und 14B illustriert, die einen Schweißstoß J zwischen Abstand voneinander aufweisenden Platten P1 und P2 wiedergegeben. In der Praxis wird der Stoß J von den benachbarten Enden von Rohrabschnitten gebildet. Der Stoß J umfasst auseinanderstrebende Wandungen 320, 322, die in im wesentlichen vertikalen Wandungen 330, 332 enden, die einen Spalt g bilden, der die offene Wurzel des Stoßes darstellt. Wenn der Stoß mit einem ersten Durchgang an der Wurzel geschweißt wird, beeinflussen Änderungen in der Breite des Spaltes g die Ausführung der Wurzellage mit einem automatischen Schweißgerät erheblich. Die vorliegende Erfindung steuert die Wärme in der Schweißschmelze 340 je nach der Größe des Spaltes g. In den 13A und 13B ist der Spalt g relativ eng. Dementsprechend dringt die Schweißschmelze 340 nicht in den Spalt ein. Dieses Problem ist in 13A gezeigt. Die Schweißschmelze sammelt sich oberhalb des Spaltes an und vergrößert die Höhe. Dies verringert die Länge SO des vorstehenden Endes zwischen dem Ende des Haltestücks 14 und der Oberseite der Schweißschmelze 340. Es liegt eine unzureichende Verbindung zwischen den Wandungen 320, 322 vor. Erfindungsgemäß wird die Länge SO des vorstehenden Endes als die Länge des vorstehenden Endes darstellende Spannung oder solcher Widerstand gemessen, und die elektronische Tabelle, der ROM oder ein anderer Funktionsgenerator erzeugen ein Signal entsprechend einer inversen Beziehung. Je weniger die gemessene Länge des vorstehenden Endes beträgt, desto mehr Schweißstrom und umgekehrt. Durch Vergrößerung des Schweißstroms tritt die Schweißschmelze 340 in den Spalt G ein und verbindet die Platten P1 und P2 zwischen den Wandungen 330, 332, wie es in 13B dargestellt ist. Es wird also bei engem Spalt die Wärmezufuhr zur Schweißschmelze erhöht, um die Viskosität des Metalls zu verringern und bei der Fertigung der Wurzellage eine bessere Penetration zu erzielen. Wenn in ähnlicher Weise die Wandungen 330, 332 zu weit auseinander stehen und einen breiten Spalt g wie in 14A bilden, fällt die Schweißschmelze 340 durch den Spalt in das Innere des Rohrs. Wenn der Spalt zunimmt, nimmt auch die Länge des vorstehenden Endes zu. Erfindungsgemäß existiert eine inverse Relation zwischen der Länge des vorstehenden Endes und der in der Schweißschmelze durch den Schweißstrom erzeugten Wärme; der Schweißstrom wird reduziert, um eine Gestalt der Schweißschmelze wie in 14B zu erzeugen. Wie in den 13 und 14 dargestellt ist, hält die Erfindung den gewünschten Schweißstrom zu Aufrechterhaltung der richtigen Wärme in der Schweißschmelze 12 aufrecht, um Änderungen in dem Abstand zwischen den zu verschweißenden Platten zu kompensieren. Dies ist ein äußerst vorteilhafter Schweißprozess für die Wurzellage in einem Stoß mit offener Wurzel. Die Erfindung kompensiert also Differenzen in dem Spalt bei der Herstellung der anfänglichen Wurzellage in einer Rohrschweißumgebung, insbesondere beim Einsatz eines Kurzschlussschweißprozesses, der bei der Verwendung eines STT-Lichtbogenschweißgerätes erhalten wird. Die Erfindung kann natürlich mit anderen Lichtbogenschweißgeräten verwendet werden, bei denen die Länge des vorstehenden Endes gemessen und der Strom invers zu der gemessenen Länge des vorstehenden Endes gesteuert wird.
Das folgende in den 15 bis 22 dargestellte Beispiel fällt nicht in den Schutzbereich der die vorliegende Erfindung definierenden Ansprüche und kann auch für nachfolgende Durchgänge eingesetzt werden, bei denen die Schweißoperation den Stoß J oberhalb des ersten Wurzeldurchgangs ausfüllt. Bei dem Wurzeldurchgang wird der Schweißkopf in einer einzigen Position oberhalb des Spaltes g gehalten. Bei den nachfolgenden Durchgängen bewegt der Schweißkopf das Haltestück 14 in Quer richtung hin und her in einem schlangenförmigen Muster, wenn der Schweißkopf sich um den Stoß J der Rohrabschnitte zwischen den Platten oder Sektionen P1, P2 fortbewegt. Diese Querbewegung ist schematisch in 15 dargestellt, worin die Schweißraupe 400 eine obere Schweißschmelze 402 umfasst. Der Schweißkopf wird entsprechend dem Pfeil 410 hin- und herbewegt, um Metall in dem Stoß J zur Verbindung der Platten P1 und P2 entsprechend 15 abzulagern. Wenn sich das Haltestück 14 hin und her bewegt, wird die Länge des vorstehenden Endes SO an den äußeren Rändern der Wandungen 320, 322 klein und gegen die Mitte hin größer. Die Länge des vorstehenden Endes verlagert sich also von einem niedrigen Wert zu einem hohen Wert und wieder zu einem niedrigen Wert, wenn sich die Schweißraupe über den Stoß J bewegt. Da das vorliegende Beispiel eine Steuerung des Schweißgeräts unter Messung der Länge des vorstehenden Endes erlaubt, kann es auch als eine Verbesserung in der Einrichtung zur Hin- und Herbewegung des Schweißkopfes während des Schweißens des Stoßes J eingesetzt werden.
In 17 ist das bekannte Schweißverfahren wiedergegeben. Die Platten P1 und P2 sollen einen Stoß J haben, der in einem feststehenden Schweißpfad genau positioniert ist und einen festen Wurzelspalt aufweist. Der Kopf oszilliert zwischen den Punkten A und B hin und her, wie es durch den Pfeil 420 angedeutet ist. Wenn der Stoß J gegenüber dem richtigen Schweißpfad ausgerichtet bleibt und der Spalt gleichbleibende Breite aufweist, kann eine brauchbare Schweißung ohne manuelle Intervention durchgeführt werden. Dieses Konzept des Standes der Technik ist auch in 18 gezeigt. Die obere Ansicht gibt einen richtig ausgerichteten Stoß wieder, bei dem gute Resultate produziert werden. Wenn aber die Spaltbreite zunimmt oder der Stoß sich nach einer Seite des gewünschten Schweißpfades versetzt, wird die Bewegung des Schweißkopfes zwischen den Punkten A und B keine hochwertige Schweißung hervorbringen. Es ist ein manueller Eingriff erforderlich, um den Stoß J auf die richtige Spur zu bringen, wenn die gewünschte Schweißverbindung hergestellt werden soll. Dieses Problem ist ernst, wenn der Spalt zu breit oder drastisch versetzt ist, wie es in den unteren Ansichten der 18 gezeigt ist. Wenn sich der Schweißkopf in der in 15 gezeigten Weise hin- und herbewegt, werden die Länge des vorstehenden Endes der Elektrode gemessen und der Betrieb des Schweißkopfantriebs entsprechend 16 modifiziert. Der Schweißkopf ist als Haltestück 14 dargestellt und wird durch den Motor M hin- und herbewegt. Der Schaltkreis 440 kehrt die Drehrichtung des Motors M um, wenn die Länge des vorstehenden Endes eine vorgewählte Größe erreicht, die als Länge X bezeichnet ist. Der Schalter 442 leitet eine die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung auf einen Eingang des Komparators 450. Der andere Eingang ist auf eine Spannung eingestellt, die die gewünschte Länge X des vorstehenden Endes wiedergibt. Der Ausgang 452 schaltet logisch um, wenn die Länge des vorstehenden Endes die Länge X erreicht. Diese Änderung des logischen Signals aktiviert den Umschalter 454, der daraufhin ein Richtungsänderungssignal aus der Leitung 456 abgibt. Die Drehrichtung des Motors M wird so umgekehrt, dass der Schweißkopf in die entgegengesetzte Querrichtung bewegt wird. Der Schweißkopf wird an dem Stoß J entlang bewegt und erzeugt ein Schlangenmuster. Wenn die Richtung geändert worden ist, aktiviert ein Signal auf der Leitung 460a die Richtungssteuerung 462 und ändert das logische Signal auf der Leitung 462a. Wenn also der Schweißkopf seine Richtung ändert, setzt der Schaltkreis 462 den Umschalter 454 zurück und erwartet eine neuerliche Detektion einer Länge X des vorstehenden Endes. Durch Schließen des Schalters 442 bewegt sich der Schweißkopf quer über den Stoß J hin und her, während der Schweißprozess entlang dem Stoß J vorwärts schreitet. Natürlich kann X sich ändern, wenn die Schweißraupe 400 nach aufeinander folgenden Schweißdurchgängen größer wird, so dass zwischen den Umkehrpunkten ein größerer Abstand liegt. Während der Hin- und Herbewegung des Schweißkopfes kann es wünschenswert sein, die Wärmemenge an verschiedenen Stellen des Schweißkopfes in Querrichtung zu vergrößern oder zu verkleinern. Mehr Wärme ist an den äußeren Rändern des Stoßes J hilfreich und weniger Wärme ist in der Mitte des Stoßes notwendig. Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst der in 16 dargestellte Schaltkreis zwei zusätzliche Steuerzweige. Bei dem Steuerzweig 416 vergleicht der Schalter 462 das die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Signal mit einem Signal auf der Leitung 464 mittels eines Komparators 470. Wenn die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung größer als eine Spannung Y ist, erscheint ein Signal am Ausgang 472 des Komparators 470. Dies leitet eine Verringerung der Wärmezufuhr durch allmähliche Reduzierung des Stroms durch eine Steuerung 474 für die Veränderung des Stroms ein und ergibt ein Signal 476 zur Anpassung des Stroms des Schweißprozesses. In gleicher Weise wird der Zweig 480 durch Schließen des Schalters 482 aktiviert, der eine Kombination mit dem Wert auf der Leitung 484 zu dem Steuerkomparator 490 herstellt, so dass auf der Leitung 492 ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die Länge des vorstehenden Endes weniger als Z ist. Wenn also der Schweißkopf sich an die Ränder heranbewegt, wird die Wärmezufuhr durch den Steuerkreis 494 für die Veränderung des Stroms gesteigert, indem ein Stromsignal auf der Leitung 496 erzeugt wird. Durch Einsatz der Zweige 460, 480 kann die bei dem sich an dem Wurzeldurchgang anschließenden Durchgängen erzeugte Wärme durch die Länge des vorstehenden Endes gesteuert werden. Die Länge des vorstehenden Endes nimmt ab, wenn sich der Schweißkopf auf den Rand zu bewegt. Dabei wird die Wärme gesteigert. Wenn sich der Schweißkopf auf die Mitte des Stoßes zu bewegt, wird die Wärme allmählich erniedrigt. Dies steuert die Wärmezufuhr, wird jedoch nicht zur Steuerung der Wurzellage bei einer Schweißoperation mit offener Wurzel verwendet, wie sie in den 1 bis 14 dargestellt ist. Durch Einsatz des Schaltkreises 440 zur Richtungsumkehr fährt der Schweißkopf dem Schweißpfad P sogar nach, wenn dieser entsprechend 19 gekrümmt ist. Wenn der Schweißkopf sich entlang dem Schweißpfad P bewegt, ändert er seine Richtung, wenn er in dem Stoß J eine bestimmte Randposition erreicht. Die Umkehr erfolgt nicht an einer festgelegten Stelle, wie in den 17 und 18. Dieses Beispiel kann daher zur Verfolgung einer Schweißnaht eingesetzt werden, auch wenn es sich nicht um eine solche mit offener Wurzel handelt. Die auseinanderstrebenden Seiten zwischen den Platten P1, P2 werden zur Definition von Umkehrpunkten verwendet.
20 zeigt eine Betriebscharakteristik dieses Beispiels. Die Kurve 500 hat eine erste die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung bei ungefähr 2 Volt, bis zum Abschnitt 502. Die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung verändert sich dann auf 0,7 Volt. Diese Kurve gibt die Betriebsweise des vorliegenden Beispiels wieder. Der Schweißkopf bewegt sich entlang einer Schweißschmelze 500a mit einer ersten Höhe, erreicht dann einen Bereich 502a, in welchem die Schweißschmelze 504a eine zweite Höhe aufweist, die ¼ Zoll (6 mm) höher als die Höhe der Schweißschmelze 500 ist. Wenn diese Veränderung in der Höhe der Schweißschmelze eintritt, reduziert sich die Länge des vorstehenden Endes drastisch und wird die entsprechende Spannung entsprechend verringert. Diese reduzierte Spannung wird bei einem Wurzeldurchgang zur Erhöhung des Stroms bei abfallender Spannung genutzt. Diese inverse Beziehung ist vorzugsweise eine gerade Linie; sie kann jedoch auch eine Kurve sein, um jeden gewünschten Effekt zu erzielen. Ein weiteres Diagramm ist in 21 dargestellt. Die Kurve 510 zeigt die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung, während der Schweißkopf sich zwischen den Wandungen 320 und 322 des Stoßes J hin und her bewegt. Wenn die Länge des vorstehenden Endes abnimmt, erreicht sie schließlich die geringe mit dem Wert X bezeichnete Länge. Dies verursacht eine Umkehr an dem Punkt 512 bis der Schweißkopf die gegenüberliegende auseinanderstrebende Wandung erreicht. Dazwischen erreicht die Länge des vorstehenden Endes ein hohes Niveau 514, was die Mitte des Stoßes J anzeigt, unter der Annahme, dass der Stoß nicht schon im wesentlichen mit geschmolzenem Metall gefüllt ist. Die Kurve 510 gibt den Fall wieder, dass die Länge des vorstehenden Endes zur Umkehr der Bewegungsrichtung des Schweißkopfes bei seinem Fortschritt entlang dem Schweißpfad P des Stoßes J verwendet wird. Dieses Beispiel wird zum Nachfahren und Ausfüllen des Stoßes J während der nachfolgenden Durchgänge in einem Rohrschweißprozess eingesetzt. Ein drittes Diagramm ist in der 22 wiedergegeben. Die Kurve 520 wird verfolgt, wenn alle drei Schalter 442, 462 und 482 der 16 geschlossen sind. Wenn sich der Schweißkopf quer über den Stoß hin und her bewegt, nimmt die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung bis zu dem Richtungsumkehrpunkt X ab. An den dazwischen liegenden Umkehrpunkten nimmt die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung zu und ab, wie es in 21 dargestellt ist. Wenn die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung im Punkt 522 den Wert Z erreicht, nimmt die Wärme der Schweißschmelze durch Vergrößerung des Schweißstroms zu. Diese Vergrößerung des Schweißstroms geschieht in dem Bereich 526 der Kurve 520, bis der Punkt 524 erreicht ist. In gleicher Weise kann bei der Bewegung des Schweißkopfes gegen die Mitte des Stoßes J hin, die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebenden Spannung im Punkt 530 die Größe Y erreichen. Solange die die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung zu einem Anwachsen bis über den Punkt 530 neigt, wird der Schweißstrom nach und nach reduziert, um die Wärmebildung in der Schweißschmelze zu verringern. Der Bereich 534 gibt diese Aktion wieder, die beibehalten wird, bis die Länge des vorstehenden Endes wiedergebende Spannung unter die Höhe Y an den Punkt 532 reduziert wird. Auf diese Weise kann die Steuerung der Temperatur der Schweißschmelze bei nachfolgenden Schweißdurchgängen in dem Stoß J eingesetzt werden. Der Grundvorteil dieses Beispiels wird jedoch im Hinblick auf die 13 und 14 dargelegt und erläutert.
Es wurde gefunden, dass die Kurzschlussfrequenz in einem STT-Schweißgerät, d.h. mit einem Zyklus wie in 6, eine Funktion der Länge des vorstehenden Endes ist. Durch Messung der Kurzschlussfrequenz durch Registrierung der Kurzschlüsse zur Zeit T0 kann die Länge des vorstehenden Endes bestimmt und bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert und in den 1 bis 14 illustriert ist. Dieses Konzept ist in der 23 dargestellt. Die Impulse auf der Leitung 600 sind die bei jedem aufeinanderfolgenden Kurzschluss in der STT-Kurve der 6 erzeugten Impulse. Ein Frequenz/Spannungs-Konverter 602 erzeugt auf der Leitung 604 eine Spannung, die auf der Kurzschlussfrequenz des STT basiert. Diese Spannung, die für die Länge des vorstehenden Endes repräsentativ ist, ist das „vorstehende Ende" im Sinne dieser Beschreibung. Diese Spannung wird eingesetzt, um den Schweißstrom zu steuern. In dem illustrierten Ausführungsbeispiel wird die momentane Frequenz f_a mit einer Präferenzfrequenzspannung f_r in der Leitung 610 verglichen, wie sie durch das Potentiometer 612 eingestellt wird. Der Fehlerverstärker 620 erzeugt in der Leitung 622 ein Fehlersignal zur Steuerung des Stroms 630 zwecks Anpassung des Stroms an das gewünschte, durch das Potentiometer 612 eingestellte Niveau. Dies funktioniert wie in den 13 und 14 dargestellt. Die Verwendung der Kurzschlussfrequenz in dem STT-Schweißgerät ist ein anderes Schaltungskonzept zur Messung der Länge des vorstehenden Endes zwecks Benutzung in der vorliegenden Erfindung.

Claims

Elektrisches Lichtbogenschweißgerät zur Überführung geschmolzenen Metalls aus einem vorbewegten Schweißdraht (10) in eine Schweißschmelze (340) in einer Schweißnaht oder einem Stoß mit offener Wurzel (320) zwischen nebeneinander gelegenen Platten (P1, P2), wobei die Schweißnaht oder die Wurzel sich entlang einem Schweißpfad erstrecken und von sich einander nähernden Wandungen (320, 322) gebildet sind, mit folgenden Merkmalen: – ein Kontaktstück (14) mit einem Drahtdurchlass, – eine Leistungsversorgung nach dem Schalterprinzip, welche Schweißstrom dem Draht (10) zuleitet, während der Draht (10) sich aus dem Durchlass gegen die Schweißnaht oder Wurzel hinbewegt, wobei der vorlaufende Draht ein vorstehendes Ende (SO) zwischen dem Kontaktstück (14) und der Schweißschmelze (340) bildet, – einen Schaltkreis zur Feststellung der Länge des vorstehenden Endes (304), gekennzeichnet durch – eine Steuereinrichtung zur Einstellung des Schweißstroms als inverse Funktion der festgestellten Länge des Überstandes.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung Mittel zur Verringerung des Schweißstroms umfasst, wenn die festgestellte Länge des vorstehenden Endes einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung Mittel zur Verstärkung des Schweißstroms umfasst, wenn die festgestellte Länge des vorstehenden Endes unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leistungsversorgung nach dem Schalterprinzip ein Kurzschluss-Lichtbogenschweißer mit einer Gleichstromleistungsquelle ist, mittels dessen in einer Folge von Schweißzyklen ein Schweißstrom in verschiedenen Höhen durch den Schweißdraht geleitet wird und jeder der Schweißzyklen einen Lichtbogenzustand, währenddessen der Draht (10) Abstand von der Schweißschmelze (340) aufweist und dem Draht (10) zugeführte Energie am Ende des Drahtes (10) eine geschmolzene Kugel bildet, und einen Kurzschlusszustand aufweist, währenddessen die geschmolzene Metallkugel am Ende des Drahtes (10) zunächst die Schweißschmelze (340) kontaktiert und dann von dem Draht (10) in die Schweißschmelze (340) durch einen Einschnürungsvorgang übergeht, bei welchem die geschmolzene Kugel von dem Draht (10) getrennt wird, um den nachfolgenden Lichtbogenzustand einzuleiten.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung ferner Mittel zur Änderung der Länge des vorstehenden Endes während des Kurzschlusszustandes der Schweißzyklen und Mittel zur Einstellung des Schweißstroms je nach der festgestellten Länge umfasst, um die Wärmemenge der Schweißschmelze (340) zu steuern.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Vorrichtung eine elektrische Kurzschluss-Lichtbogenschweißvorrichtung ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schaltkreis zur Feststellung der Länge des vorstehenden Endes ein zur Länge des vorstehenden Endes proportionales Signal zu erzeugen in der Lage ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Leistungsversorgung nach dem Schalterprinzip zum Aufschmelzen des Drahtes (10) bei seiner Vorwärtsbewegung gegen die Schweißnaht hin umfasst und die Leistungsversorgung auf dem Schalterprinzip bei einer Frequenz oberhalb 18 kHz betrieben wird.
Elektrisches Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuerung Mittel zur Messung des tatsächlichen Schweißstroms, Mittel zur Bestimmung des gewünschten Schweißstroms aufgrund der Länge des vorstehenden Drahtendes und Mittel zur Einstellung des tatsächlichen Schweißstroms auf den gewünschten Schweißstrom umfasst.
Elektrisches Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1, wobei der Draht (10) ein flussmittelgefüllter Draht ist.
Elektrisches Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1, wobei der Schaltkreis zur Feststellung der Länge des vorstehenden Drahtendes eine Stichprobeneinrichtung zur Messung der Spannung zwischen dem Haltestück und der Schweißschmelze (340) für eine kurze Zeit zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Kurzschlusszustandes sowie Mittel umfasst, mittels deren die gemessenen Spannungen zur Bildung eines Endensignals genutzt werden, welches die Länge des vorstehenden Endes wiedergibt.
Elektrisches Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 11 mit Mitteln zur Umwandlung des die Länge des vorstehenden Endes wiedergebenden Signals in ein Widerstandssignal, welches proportional zum Widerstand des Drahtes (10) in dem vorstehenden Ende ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, mit Mitteln zur Steuerung der Leistungsversorgung nach dem Schaltprinzip mit dem Widerstandssignal.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Kurzschluss-Lichtbogenschweißvorrichtung ein STT-Schweißer ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Platten (P1, P2) die zylindrischen Enden von Rohrabschnitten sind.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung eine Leistungsversorgung umfasst, die einen STT-Schweißstrom erzeugt.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Kurzschlussschweißvorrichtung ein Inverter ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leistungsversorgung nach dem Schaltprinzip ein Inverter ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Sensorschaltkreis ein Softwarealgorithmus ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Schweißer bei einer Frequenz oberhalb 18 kHz betrieben wird.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Signal für das vorstehende Ende eine zur Länge des vorstehenden Endes proportionale Spannung ist.
Elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Signal für das vorstehende Ende eine dem Widerstand des vorstehenden Endes proportionale Spannung ist.
Verfahren zur Abgabe geschmolzenen Metalls von einem vorgeschobenen Draht (10) in eine Schweißschmelze (30), mit den Verfahrensschritten: a) es wird ein Schweißstrom in den Draht (10) geleitet, während der Draht (10) sich gegen die Schweißschmelze (340) hin vorwärts bewegt; b) es wird die Länge des vorstehenden Endes (SO) des Drahtes (10) festgestellt; dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst, c) die Anpassung des Schweißstroms als eine inverse Funktion der festgestellten Länge des vorstehenden Endes.
Verfahren nach Anspruch 23, welches ferner den Schritt der Schaffung eines für das vorstehende Ende repräsentativen Signals umfasst, welches der Länge des vorstehenden Ende (SO) des Drahtes (10) proportional ist.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei sich die Schweißschmelze (340) in einem Stoß mit offener Wurzel zwischen zwei nebeneinander angeordneten Platten (P1, P2) befindet, wobei der Stoß durch sich einander nähernde Wandungen gebildet ist, die in im wesentlichen einander parallel beabstandeten Wandungen enden, die einen Spalt bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei der Schritt c) stattfindet, indem der Schweißstrom verringert wird, wenn die festgestellte Länge des vorstehenden Endes (SO) einen gegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei der Schritt c) stattfindet, indem der Schweißstrom erhöht wird, wenn die festgestellte Länge des vorstehenden Endes (SO) geringer als ein gegebener Wert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei bei dem Schritt a) der Draht (10) von einem Auslass des Kontakthalters sich gegen die Schweißschmelze (340) hin vorwärts bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei die Feststellung durch einen Softwarealgorithmus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Vorgang der Stromanpassung umfasst: d) Messung des tatsächlichen Schweißstroms; e) Bestimmung des gewünschten Schweißstroms auf der Basis der festgestellten Länge des vorstehenden Endes; und f) Anpassung des tatsächlichen Schweißstroms an den gewünschten Schweißstrom.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Einleitung des Schweißstroms durch ein Kurzschlusslichtbogenschweißgerät erfolgt, welches eine Gleichstromleistungsversorgung umfasst, mittels derer ein Schweißstrom in einer Folge von Schweißzyklen in verschiedenen Höhen durch den Schweißdraht geleitet wird, wobei jeder der Schweißzyklen einen Lichtbogenzustand, während dessen der Draht (10) Abstand von der Schweißschmelze (340) aufweist und die dem Draht (10) zugeführte Energie am Ende des Drahtes (10) eine geschmolzene Metallkugel bildet, und einen Kurzschlusszustand umfasst, während dessen die geschmolzene Metallkugel am Ende des Drahtes (10) zunächst die Schweißschmelze (340) berührt und dann von dem Draht (10) in die Schweißschmelze (340) übergeht, indem ein Einschnürvorgang die geschmolzene Kugel von dem Draht (10) trennt und einen nachfolgenden Lichtbogenzustand einleitet.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Draht (10) ein flussmittelgefüllter Draht ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Vorgang der Feststellung der Länge des vorstehenden Endes eine stichprobenartige Messung der Spannung an dem vorstehenden Ende über eine kurze Zeit zu einem präzisen Zeitpunkt während des Kurschlusszustandes und die Nutzung der gemessenen Spannungswerte zur Bildung eines Signals umfasst, welches die Länge des vorstehenden Endes wiedergibt.
Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem das repräsentative Signal für das vorstehende Ende in ein Widerstandssignal umgewandelt wird, welches dem Widerstand des Drahtes (10) in dem vorstehenden Ende proportional ist.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem die Stromeinleitung durch eine schaltende Leistungsversorgung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das für die Länge des vorstehenden Endes repräsentative Signal eine der Länge des vorstehenden Endes proportionale Spannung ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das für die Länge des vorstehenden Endes repräsentative Signal eine zum Widerstand des vorstehenden Endes proportionale Spannung ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Draht (10) mittels eines Stroms einer schaltenden Leistungsversorgung verschweißt wird, die bei einer Frequenz oberhalb 18 kHz betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die schaltende Leistungsversorgung ein Inverter ist.