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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Transportieren eines
Schweißdrahts
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Ein derartiges System ist in
DE 3827508A gezeigt.
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Es
gibt viele verschiedene Lichtbogenschweißprozesse, die für zahlreiche
Schweißanwendungen
verwendet werden. Wenngleich verschiedene Prozesse einige Charakteristiken
gemeinsam haben, wie etwa, daß sie
einen elektrischen Lichtbogen und/oder Stromfluß verwenden, um die Hitze für die Schweißstelle
zu liefern, weisen verschiedene Prozesse Charakteristiken auf, die
sie für
bestimmte Anwendungen wünschenswert
machen.
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Das
MIG-Schweißen
ist ein weitverbreiteter Prozeß,
der eine hohe Hitzeeingabe in die Drahtelektrode und das Werkstück liefert
und somit hohe Abscheidungsraten ergeben kann. Der Prozeß kann jedoch
instabil sein, und die Steuerung der Lichtbogenlänge kann schwierig sein. Der
MIG-Prozeß wird
oftmals als ein Kurzschlußschweißen durchgeführt.
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Ein
weiterer bekannter Schweißprozeß wird als
gesteuertes Kurzschlußschweißen oder
Kurzschlußschweißen bezeichnet.
Das Kurzschlußschweißen wird
oftmals als ein MIG-Prozeß ausgeführt. Das
Kurzschlußschweißen beinhaltet
im allgemeinen einen Kurzschlußzustand,
bei dem der Schweißdraht
das Schweißbad
berührt,
wodurch ein Kurzschluß erzeugt
wird, und einen Lichtbogenzustand, bei dem ein Lichtbogen zwischen
dem Schweißdraht
und dem Schweißbad
ausgebildet wird. Während
des Lichtbogenzustands schmilzt der Draht, und während des Kurzschlußzustands
wird das geschmolzene Metall von dem Ende des Drahts auf das Schweißbad transferiert.
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Nachteile
des Kurzschlußschweißens betreffen
die Übergänge zwischen
Zuständen
und die Instabilität
des Prozesses. Der Übergang
von dem Kurzschlußzustand
zu dem Lichtbogenzustand wurde in der Regel bewirkt, indem ausreichender
Strom zum "Abquetschen" eines Tröpfchens
geliefert wurde. Das Abquetschen bei einem starken Strom kann zu
einer heftigen Zersetzung der geschmolzenen Metallbrücke führen, wodurch übermäßige Schweißspritzer
erzeugt werden. Instabilität
rührt auch
daher, daß das
Schweißbad
weggedrückt
wird.
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Im
Stand der Technik wurden viele Versuche angestellt, um eine stabile
Kurzschlußschweißstromversorgung
herzustellen, wie etwa jene, die in
US-A-4,717,807 ,
US-A-4,835,360 ,
US-A-4,866,247 ,
US-A-4,897,523 ,
US-A-4,954,691 ,
US-A-4,972,064 ,
US-A-5,001,326 ,
US-A-5,003,154 ,
US-A-5,148,001 ,
US-A-5,742,029 ,
US-A-5,961,863 ,
US-A-6,051,810 und
US-A-6,160,241 gezeigt
sind. Diese Patente offenbaren im allgemeinen komplizierte Steuerverfahren,
die den Prozeß zum
Bereitstellen einer stabilen und effektiven Schweißstelle
nicht steuern. Zu ihnen zählen
Steuerverfahren, die versuchen, die Abscheidung von Material zu
steuern und/oder vorherzusagen oder einen Übergang zu dem nachfolgenden
Zustand auf der Basis der in die Schweißstelle eingegebenen Gesamtenergie,
der Länge
des Drahtendes, der Gesamtwattleistung, der Zeit des vorausgehenden
Zustands usw. zu verursachen.
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Diese
Verfahren versagen in einem gemeinsamen Punkt: sie versuchen, sowohl
die Energie der Schweißung
als auch den Übergang
zwischen Zuständen
unter Verwendung von Ausgangsstrom oder Ausgangsleistung zu steuern.
Dies zieht notwendigerweise ein Opfern eine Steuerziels (entweder
Energie zu der Schweißstelle
oder den Zustandsübergang)
auf Kosten des anderen nach sich. Das Nettoergebnis ist, daß die Steuerverfahren
weder die Energie in die Schweißstelle
noch den Übergang
gut steuern.
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Ein
weiteres Kurzschlußschweißsteuersystem
ist aus
US-A-6,326,591 bekannt. Dieses
System steuert adäquat
die Energie in die Schweißstelle,
liefert aber keine unabhängige
Steuerung der Übergänge zwischen
Zuständen.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Beschreibungen eines gesteuerten
Kurzschlußschweißprozesses
veröffentlicht,
wo zum Steuern des Übergangs
zwischen Schweißzuständen eine mechanische
Bewegung des Drahts (Vorschieben und Zurückziehen) verwendet wird. In
den Kurzschlußzustand
wird eingetreten, indem der Draht vorgeschoben wird, bis der Draht
das Schweißbad
berührt.
In den Lichtbogenzustand wird eingetreten, indem der Draht so weit
zurückgezogen
wird, bis der Draht das Schweißbad
nicht berührt
und ein Lichtbogen entsteht. Dieses System gestattet, daß zum Steuern
der an die Schweißstelle
gelieferten Energie eine typische Ausgabesteuerung verwendet wird.
Indem die Steuerung der Übergänge von
der Steuerung der Energie getrennt wird, gestattet das System, daß jedes
besser besteuert wird.
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Ein
gesteuertes Kurzschlußschweißsystem erfordert
die Fähigkeit
des Vorschiebens und Zurückziehens
des Drahts. Die Erfindet haben in der Literatur den Einsatz eines
Schrittmotors zum Steuern der Drahtbewegung offenbart. Ein Schrittmotor
sorgt adäquat
für kurzfristiges
Vorschieben und Zurückziehen des
Drahts.
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Ein
Schrittmotor sorgt jedoch nicht notwendigerweise für einen
adäquaten
langfristigen Transport. Dementsprechend ist ein System wünschenswert,
das für
ein Vorschieben und Zurückziehen
des Drahts und eine langfristige Zufuhr des Drahts sorgt.
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Aus
DE 3827508A ist
eine Transporteinrichtung für
den Transport von Schweißdraht
bekannt, bei der der Schweißdraht
durch einen Teil transportiert wird, der zu Schlupf in der Lage
ist, um Geschwindigkeitsvariationen bei dem Drahttransportantrieb
zu kompensieren.
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Ein
Problem mit dem gesteuerten Kurzschlußschweißen entsteht, wenn der Draht
zurückgezogen
wird. Der Draht von der Quelle wird in Richtung der Schweißstelle
transportiert und weist ein Moment in dieser Richtung auf. Der zurückziehende Motor
bewegt den Draht in der entgegengesetzten Richtung. Wenn nichts
die entgegengesetzten Kräfte kompensieren
kann, könnte
der Draht möglicherweise
nicht auf glatte und effiziente Weise transportiert werden. Dementsprechend
ist eine gesteuerte Kurzschlußschweißvorrichtung
wünschenswert,
die das Zurückziehen
des Drahts kompensiert.
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Ein
weiteres Problem mit dem gesteuerten Kurzschlußschweißen besteht darin, daß der Stand der
Technik die Prozeßsteuerung
nicht vollständig genutzt
hat, die durch die mechanische Steuerung der Zustandsübergänge ermöglicht wird.
Somit ist eine gesteuerte Kurzschlußschweißvorrichtung wünschenswert,
die eine elektrische Steuerung des Lichtbogens zum Zweck des Steuerns
der Hitze in die Schweißstelle
und nicht zum Verursachen von Übergängen von
einem Zustand zu einem anderen liefert.
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Der
Stand der Technik hat die Erfordernisse des Kurzschlußschweißens bei
niedrigeren Strömen mit
dickeren Drähten
nicht adäquat
behandelt. Die schwer zu implementierenden Steuerverfahren erschweren
es insbesondere, mit dickerem Draht, wie etwa einem Draht mit einem
Durchmesser von 2,4 mm, zum Beispiel bei niedrigen Strömen, wie
etwa unter 100 A, zu schweißen.
Dementsprechend ist ein gesteuerter Kurzschlußschweißprozeß wünschenswert, der bei niedrigen
Strömen
relativ zum Drahtdurchmesser verwendet werden kann.
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Gemäß der Erfindung
umfaßt
ein System zum Transportieren von Draht von einer Quelle von Draht
zu einer Schweißstelle:
mindestens
einen Motor, der neben dem Draht angeordnet ist, um den Draht zu
einem Brenner zu treiben; und
einen Puffer, der zwischen der
Quelle und einem Lichtbogenende des Brenners angeordnet ist,
wobei
der Puffer ein Rohr und eine innerhalb des Rohrs angeordnete Drahtauskleidung
aufweist und der Draht innerhalb der Auskleidung zumindest einen Teil
der Entfernung von der Quelle zum Brenner angeordnet ist,
dadurch
gekennzeichnet, daß die
Drahtauskleidung flexibel ist und sich innerhalb des Rohrs biegen
kann, so daß der
Weg der Auskleidung innerhalb des Rohrs relativ zu der Rohrlänge vergrößert oder
verkleinert werden kann, damit die Drahtlänge aufgenommen oder gelagert
werden kann.
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Ein
Sensor kann bereitgestellt werden zum Erfassen der Länge des
Drahts in dem Puffer.
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Der
eine oder die mehreren Motoren können ein
Schrittmotor, ein Servomotor, ein spielfreier Motor oder eine getriebeloser
Motor sein.
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Ein
Drahttransportmotor kann näher
an der Quelle als an dem Brenner angeordnet sein, und ein Schrittmotor,
ein Servormotor, ein spielfreier Motor, ein getriebeloser Motor
oder ein Linearaktuator kann näher
an dem Brenner als an der Quelle angeordnet sein.
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Bei
dem mindestens einen Motor kann es sich um ein Paar auf gegenüberliegenden
Seiten des Drahts angeordnete Motoren handeln.
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Bestimmte
Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Diagramm eines Schweißsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 einen
Brenner mit einem Puffer und umkehrbaren Motoren gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Querschnittsansicht des Brenners von 2;
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4 eine
detaillierte Querschnittsansicht eines Puffers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine
Querschnittsansicht eines Schweißkabels, das als Teil eines
Puffers gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird; und
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6 eine
Wellenform eines Prozeßzyklus gemäß der bevorzugten
Ausführungsform.
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Allgemein
ist die vorliegende Erfindung ein System für das gesteuerte Kurzschlußschweißen, das
eine mechanische Steuerung von Übergängen zwischen
dem Lichtbogen- und Kurzschlußzustand beinhaltet.
Bei einer Ausführungsform
enthält
der Prozeß einen
Impulsmodus. Die Steuerung von Energie zu der Schweißstelle
wird unter Verwendung des Ausgabestroms oder der Spannungsgröße, der Wellenform,
der Zeit usw. bewirkt. Somit wird verursacht, daß die Übergänge auftreten, und Strom kann mit
den Übergängen koordiniert
werden, um Schweißspritzer,
Instabilität
oder andere unerwünschte
Merkmale zu reduzieren, indem beispielsweise der Strom bei Eintreten
des Übergangs
oder in Erwartung des Übergangs
geändert
wird.
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Eine
mechanische Steuerung der Zustände erfolgt
durch Vorschieben und Zurückziehen
des Drahts am Lichtbogen.
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Ein
Vorschieben gefolgt von einem Zurückziehen definiert einen Prozeßzyklus.
(Der Ausdruck Prozeßzyklus,
wie hier verwendet, enthält
einen Zyklus der Zustände
des Prozesses wie etwa ein Lichtbogenzustand gefolgt von einem Kurzschlußzustand oder
einen Lichtbogenzustand gefolgt von einem Kurzschlußzustand,
gefolgt von einem Impulszustand usw.). Das Vorschieben und Zurückziehen
wird bei der bevorzugten Ausführungsform
unter Verwendung eines Paars von Motoren bewerkstelligt, die auf beiden
Seiten des Drahts einander gegenüber
und in der Nähe
des Brenners (oder daran befestigt) angeordnet sind. Die Motoren
sind in verschiedenen Ausführungsformen
Schrittmotoren, Servomotoren, Planetenantriebsmotoren, spielfreie
Motoren, getriebelose Motoren oder werden durch einen Linearaktuator
ersetzt. Das Paar ist bei einer Ausführungsform hintereinander angeordnet.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
werden Schrittmotoren verwendet, und die Anzahl und der Winkel oder
die Größe des Schritts
wird gesteuert, um die vorgeschobene oder zurückgezogene Länge des
Drahts zu steuern.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
enthält
einen in der Nähe
der Drahtquelle, wie etwa eine Drahtspule, angeordneten Drahttransportmotor,
der den Draht zu dem Brenner antreibt (wenngleich bei anderen Ausführungsformen
dieser Motor entfällt). Während die
umkehrbaren Motoren den Draht zurückziehen (und der Drahttransportmotor
den Draht weiterhin transportiert), ist ein Puffer vorgesehen, um die
Zunahme des Drahts zwischen dem Drahttransportmotor und den umkehrbaren
Motoren zu berücksichtigen.
Wenn die umkehrbaren Motoren den Draht vorschieben, wird analog
Draht aus dem Puffer abgezogen. Die umkehrbaren Motoren bewegen
das Ende des Drahts zusätzlich
zu der Bewegung von dem Drahttransportmotor, oder sie überlagern
eine Bewegung auf eine von dem Drahttransportmotor auferlegte Bewegung.
Die Geschwindigkeit des Drahttransportmotors ist an die mittlere
Geschwindigkeit der umkehrbaren Motoren gekoppelt, so daß sie bei
der bevorzugten Ausführungsform
im Mittel beide die gleiche Drahtlänge antreiben.
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Der
Puffer liefert eine vergrößerte Drahtweglänge zwischen
der Quelle und dem Brenner. Der Puffer enthält eine Drahtauskleidung um
den Draht herum über
zumindest einen Teil der Entfernung von der Quelle zum Brenner.
Die Auskleidung ist in einem Rohr angeordnet, das breiter ist, und
die Auskleidung kann sich innerhalb des Rohrs beugen und biegen, wodurch
die Länge
des Drahts in einer gegebenen Rohrlänge vergrößert wird. Das Rohr ist an
einer hohlen Welle angebracht, und der Draht verläuft durch
die Welle hindurch. Die Welle ist in einer Position fixiert. Wenn
der Draht zurückgezogen
wird, bewegt sich der Draht somit relativ zum Rohr und zur Welle
(oder man kann auch sagen, daß sich
das Rohr und die Welle relativ zum Draht bewegen). Die Welle könnte so
angebracht sein, daß sie
entlang der Achse des Drahts gleitet und sich somit relativ zur
Spitze des Brenners bewegt, wodurch die Länge des Drahtwegs zwischen
der Spitze (Lichtbogenende) des Brenners und dem Drahtquellenende
des Brenners vergrößert wird.
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Es
können
Sensoren vorgesehen sein, die die Drahtmenge im Puffer oder die
Zugspannung des Drahts erfassen, und der gesteuerte Prozeß (mittlere Drahttransportgeschwindigkeit
z.B.) kann als Reaktion darauf gesteuert werden.
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Ein
Controller ist vorgesehen, der bewirkt, daß die Motoren bei der bevorzugten
Ausführungsform
die Richtung mindestens einmal pro Prozeßzyklus umkehren, und steuert
die Stromausgabe auf der Basis eines mittleren Lichtbogenstroms
(mittlerer Strom nur während
des Lichtbogenzustands, oder eine Funktion davon), eine Leistung,
eine Energie, eine Spannung oder andere Schweißausgabeparameter. Die Rückkopplung
kann einen oder mehrere von Kurzschlußdetektion, Pufferrückkopplung,
Zugspannungsrückkopplung,
Badoszillation, zusätzlich zu
traditionellen Schweißparametern
enthalten. Zu Alternativen zählen
das weniger häufige
Umkehren der Richtung als einmal pro Zyklus. Eine Alternative sorgt
für wiederholte
Richtungsumkehrungen während
des Schweißens
(d.h. nicht lediglich bei Abschluß der Schweißung), aber
nicht einmal pro Zyklus.
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Beispielsweise
kann das Bremsen am Ende des Lichtbogenzyklus Kräfte zwischen Draht und Tröpfchen transportieren,
was die flüssige
Brücke ohne
Zurückziehungsaktion
unterbrechen kann. Dies liegt insbesondere bei geringeren Drahtdurchmessern
und höheren
Kurzschlußfrequenzen
vor. Das Tröpfchen
weist vor dem Bremsen die Geschwindigkeit des Drahts auf. Diese
kinetische Energie kann ausreichen, um den Flüssigkeitsweg zu unterbrechen.
In diesem Fall ist kein Zurückziehen
erforderlich.
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Die
Steuerung kann das Steuern von Hitze, Eindringen und/oder Perlenausbildung
beinhalten durch Steuern des Vorschiebens des Drahts in das Schweißbad. Die
relative Zeit im Lichtbogenzustand und im Kurzschlußzustand
(Lichtbogengleichgewicht) kann von dem Benutzer (wie auch die Zeit
in dem Impulszustand, falls er verwendet wird) gesetzt werden. Die
Steuerung von Parametern wie etwa Polarität (Gleichgewicht), Gasmischungen
usw. können in
Koordination mit den relativen Lichtbogen-/Kurzschlußzeiten
(oder anderen Parametern) erfolgen.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 1 enthält ein Schweißsystem 100 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
eine Stromversorgung 102, eine Drahttransportvorrichtung 104,
einen Controller 106 und einen Brenner 108 und
eine Versorgungsleitung 112, die Schweißstrom, Gas, Wasser, Steuerung
und Strom für
Motoren zum Brenner 108 transportiert, die zusammen einen
Schweißstrom
auf den Schweißkabeln 105 und 107 an
ein Werkstück 110 liefern.
Die Stromversorgung 102, die Drahttransportvorrichtung 104 und
der Controller 106 können
kommerziell erhältliche
Schweißsystemkomponenten
sein, wie etwa eine Miller Invision 456® Stromversorgung
und eine modifizierte Miller XR®-Drahttransportvorrichtung.
Die Stromversorgung, wie hierin verwendet, beinhaltet eine beliebige
Einrichtung, die in der Lage ist, Schweiß-, Plasmaschneid- und/oder
Induktionsheißleistung
zu liefern einschließlich
Resonanzstromversorgungen, Quasi-Resonanzstromversorgungen usw.
sowie Steuerschaltungen und andere damit assoziierte Hilfsschaltungen.
Stromquelle oder Quelle von Strom, wie hier verwendet, beinhaltet
die Stromschaltungsanordnung wie etwa Gleichrichter, Schalter, Transformatoren,
SCRs usw., die die Ausgangsleistung verarbeiten und liefern. Drahttransportvorrichtung,
wie hier verwendet, beinhaltet den Motor oder Mechanismus, der den
Draht antreibt, das Anbringen für
den Draht und diesbezügliche
Steuerungen und assoziierte Hardware und Software. Sie kann einen
Motor in der Nähe
der Drahtquelle enthalten, der den Draht zu der Schweißstelle
schiebt, und/oder einen oder mehrere Motoren in der Nähe des Brenners,
der den Draht in die Leitung und zu der Kontaktspitze zieht oder
den Draht von der Kontaktspitze zurückzieht. Drahtweg wie hierin
verwendet beinhaltet den Weg, den der Draht von der Drahtquelle
zum Brenner oder zur Stromversorgung nimmt, und kann durch eine
Auskleidung, einen Puffer usw. enthalten.
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Der
Controller 106 ist bei dieser Ausführungsform Teil der Drahttransportvorrichtung 104 und der
Stromversorgung 102. Der Controller 106 enthält außerdem Steuermodule,
die für
die vorliegende Erfindung adaptiert sind, wie etwa ein Modul zum
Steuern der umkehrbaren Drahttransportvorrichtung zum Steuern der
umkehrbaren Motoren, ein Modul für
einen mittleren Lichtbogenstrom und das Steuermodul für die mechanische
Steuerung der Lichtbogenzustände.
Controller wie hierin verwendet beinhaltet eine digitale und analoge
Schaltungsanordnung, diskrete oder integrierte Schaltungsanordnung,
Mikroprozessoren, DSPs usw. und Software, Hardware und Firmware,
die sich auf einer oder mehreren Platinen befinden, verwendet zum
Steuern einer Einrichtung wie etwa einer Stromversorgung und/oder
einer Drahttransportvorrichtung. Das Steuermodul wie hierin verwendet
kann digital oder analog sein und enthält Hardware oder Software,
die eine spezifizierte Steuerfunktion ausführt. Beispielsweise steuert
ein Modul für
die Steuerung des mittleren Lichtbogenstroms die Ausgabe, um einen
gewünschten
mittleren Lichtbogenstrom zu liefern.
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2 zeigt
den Brenner 108 in weiteren Einzelheiten. Der Brenner 108 enthält zusätzlich zu
den Merkmalen von Brennern nach dem Stand der Technik ein Paar Motorgehäuse 203 und 205 mit
darin angeordneten Motoren zum Antreiben des Drahts zu oder von
der Schweißstelle
und einen Puffer 201 zum Aufnehmen des Drahts 209,
wenn er zurückgezogen wird,
und Bereitstellen von Draht 209, wenn er vorgeschoben wird.
Der Puffer, wie er hier verwendet wird, enthält Komponenten, die verwendet
werden, um den Draht aufzunehmen, wenn die Drahtrichtung umgekehrt
wird, und Draht zu liefern, wenn der Draht vorgeschoben wird. Das
Ende des Drahts am Lichtbogen ist als 207 gezeigt. Die
Motorgehäuse
und die Puffer befinden sich bei der bevorzugten Ausführungsform
neben dem Brenner und bei anderen Ausführungsformen in der Nähe des Brenners.
Beim Brenner, wie hier verwendet, beinhaltet das Anstoßen, Berühren eines
Teils des Brenners direkt oder durch ein Gehäuse. Bei dem Brenner, wie hier
verwendet, beinhaltet viel näher
an dem Brenner als die Drahtquelle, wie etwa mehr als 75% des Weges
von der Quelle zum Brenner. Eine Ausführungsform stellt bereit, daß ein handgehaltener
Brenner eine an den Brenner montierte kleine Spule aus Draht enthält.
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3 ist
eine Querschnittsansicht des Brenners von 2 entlang
der Linien A-A. Ein paar Motoren 301 und 302 sind
bevorzugt Schrittmotoren (obwohl es sich bei ihnen um andere Motoren
handeln kann) und treiben den Draht an und sind neben dem Draht
und direkt einander gegenüber
auf gegenüberliegenden
Seiten des Drahts angeordnet, wodurch Kräfte auf den Draht im wesentlichen
ausgeglichen werden. Bei alternativen Ausführungsformen sind sie einer
hinter dem anderen oder auf der gleichen Seite des Drahts angeordnet.
Direkt einander gegenüber, wie
hier verwendet, beinhaltet im wesentlichen die gleiche Position
entlang eines Drahtwegs. Neben dem Draht angeordnet, wie hier verwendet,
beinhaltet, dem Draht ausreichend nahe zu sein, um den Draht zu
schieben oder zu ziehen. Antreiben des Drahts, wie hier verwendet,
beinhaltet eines oder beides des Bewegens des Drahts in Richtung
auf den Brenner und Bewegens des Drahts weg vom Brenner.
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Der
Puffer 201 ist auch in 3 zu sehen und
ist in 4 ausführlicher
gezeigt und enthält
eine auf eine Stütze 403 befestigte
Welle 401. Die Welle 401 weist eine hohle Achse
auf, durch die der Draht 209 verläuft. Das Schweißkabel 105 (1 und 5)
besteht aus einem Außenrohr 501 und
einer Auskleidung 503, wobei der Draht 209 darin
angeordnet ist. Der Außendurchmesser
der Leitung 503 ist im wesentlichen kleiner als der Innendurchmesser
des Rohrs 501, damit Drahtlänge von der sich innerhalb des
Rohrs 501 biegenden Auskleidung 503 aufgenommen
oder gelagert werden kann. Die Auskleidung 503 ist bevorzugt
eine Schraubfeder, die die Kompression und Ausdehnung gestattet,
um den Draht weiter zu Puffern. Das Lagern einer Drahtlänge, wie
hier verwendet, beinhaltet das Aufnehmen von Draht, wenn die Drahtrichtung
umgekehrt wird. Im wesentlichen mehr als ein Außendurchmesser der Auskleidung,
wie hier verwendet, beinhaltet ausreichend Platz zum Bewegen und
Biegen. Drahtauskleidung, wie hier verwendet, beinhaltet ein Rohr,
in dem sich der Draht leicht bewegen kann. Das Rohr 501 ist an
der Welle 401 so angebracht, daß sich der Draht 209 bezüglich der
Welle 401 bewegt.
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Ein
Sensor kann enthalten sein, der die vom Puffer 201 aufgenommene
Drahtmenge erfaßt.
Zu Beispielen für
solche Sensoren zählen
ein Rad mit einem Codierer, der sich dreht, wenn sich der Draht
an ihm vorbeibewegt, oder einen Lineartransformator, wobei die Auskleidung
aus einem Ferrit- oder magnetischen Material besteht. Der Controller
enthält
eine Pufferrückkopplungseingabe,
die die Rückkopplung empfängt, und
liefert eine Drahttransportmotorausgabe, die auf die Pufferrückkopplung
reagiert. Auch Zugspannung im Draht kann erfaßt und zum Steuern des Prozesses
verwendet werden.
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Eine
Steuerung des Prozesses unter einem elektrischen Standpunkt ist
leichter, da eine Prozeßsteuerung
unter Verwendung einer mechanischen Steuerung der Drahtposition
erfolgt. Deshalb wird der Schweißstrom ein unabhängiger Prozeßparameter, völlig entgegengesetzt
dem herkömmlichen MIG-Prozeß.
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Ein
wünschenswertes
Steuerverfahren verwendet als die Steuervariable den mittleren Lichtbogenstrom
(mittlerer Strom während
des Lichtbogenzustands oder einer Funktion davon). Dies gestattet eine
bessere Steuerung des Schmelzens und der Hitze zur Schmelzstelle
und reduziert Schweißspritzer und
Instabilität
im Vergleich zu Steuerverfahren nach dem Stand der Technik. Es ist
möglich,
zum Steuern der Hitze einen mittleren Lichtstrom zu verwenden, da
der Lichtstrom nicht dazu verwendet wird, den Übergang von Lichtbogen zu Kurzschluß (oder
das Gegenteil) zu bewirken. Die Steuerung der Zustände kann
mit der Stromsteuerung koordiniert werden. Wenn beispielsweise ein
Zustandsübergang
zu einem Zeitpunkt T1 eintreten soll, kann der Stromübergang
kurz davor eintreten, um eine Unterbrechung des Schmelzbades zu
vermeiden. Ein weiteres Steuermerkmal besteht darin, dem Benutzer
zu gestatten, eine relative Lichtbogen- und Kurzschlußzeit oder
ein Gleichgewicht zwischen EP und EN zu gestatten.
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Eine
wünschenswerte
Lichtbogenwellenform ist in 6 gezeigt
und enthält
eine Lichtbogenstromwellenform mit drei Segmenten – ein anfängliches
Hochstromsegment, ein Zwischenstromsegment und ein Niederstromsegment.
In das Niederstromsegment wird vor Ausbildung des Kurzschlusses
eingetreten, wodurch ein glatter Übergang zum Kurzschlußzustand
verbessert wird.
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Weil
der Schweißstrom
ein unabhängiger Prozeßparameter
wird, kann der Strom auf den Wert gesetzt werden, der den Prozeß durch
physikalisches bestimmtes Verhalten in die gewünschte Situation lenkt. Für einen
Materialtransfer mit wenigen Schweißspritzern müssen die
Kräfte
auf die Flüssigkeit
gering sein, wenn der Querschnitt des elektrischen Leiters gering
ist. Deshalb müssen
die Ströme während jener
Phasen gering sein. Während
des mittleren Teils des Kurzschlußzustands, wo ein größerer Querschnitt
des elektrischen Leiters vorliegt, können starke Kräfte zum
Bewegen von Flüssigkeiten
verwendet werden. Außerdem
sind hohe Ströme während des
mittleren Teils des Kurzschlußzustands möglich. Während der
Lichtbogenphase kann der Strom für
eine Bewegung der Flüssigkeit
und zum Bestimmen der Schmelzrate verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann mit bekannten Steuerverfahren verwendet
werden, sie aber auf wünschenswertere
Weise implementieren durch Eliminieren der Notwendigkeit dafür, das Strompegel Übergänge verursachen.
Beispielsweise können
Verfahren, die entweder die Lichtbogenlänge oder das Drahtende als
eine Steuervariable verwenden, leicht implementiert werden, weil
die Schrittmotoren das präzise
Messen des Drahtendes gestatten. Weil die Übergänge mechanisch bewirkt werden,
kann die Lichtbogenlänge
in jedem Prozeßzyklus
vorbestimmt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann mit einer Vielfalt von Prozessen implementiert
werden, einschließlich
unter anderem positive Elektroden polarisieren, negative Elektroden
polarisieren, wechselnde Polarisierung, Wechselstrom-MIG, MIG-Hartlöten, Auftragschweißen und
Schweißen
mit dickem Draht bei niedrigen Strömen. Beispielsweise kann Schweißen an einem
2,4-mm-Draht bei 100 A oder sogar 35 oder weniger Ampere mit der
vorliegenden Erfindung durchgeführt
werden. Systeme nach dem Stand der Technik erforderten mehr Strom
auf einem dicken Draht, um zu bewirken, daß der Kurzschluß endet und
in den Lichtbogenzustand eingetreten wird. Die vorliegende Erfindung
basiert nicht darauf, daß der Strom
den Kurzschluß beendet,
weshalb dicker Draht und geringer Strom verwendet werden können.
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Die
Steuerung knüpft
bevorzugt die Geschwindigkeit des Drahttransportmotors an die mittlere
Geschwindigkeit der Schrittmotoren, so daß die Drahttransportgeschwindigkeit
der Prozeßgeschwindigkeit
folgt. Ein Mitteln der Geschwindigkeit über 20–30 Prozeßzyklen (etwa 500 ms) sorgt
für eine
effektivere Steuerung.
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Die
Badoszillationsfrequenz kann durch Überwachen der Strecke herausgefunden
werden, über
die sich der Draht bewegt, bis ein Kurzschluß hergestellt wird oder ein
Lichtbogen entsteht. Ein Steuerverfahren sieht vor, daß die Zustandsübergänge zeitlich
so abgestimmt werden, daß sie
mit der Eigenfrequenz der Badoszillation übereinstimmen. Der Controller
enthält
ein Frequenzmodul und eine Badoszillationsrückkopplungsschaltung, die dieses Steuerverfahren
bewirken. Als Teil des Regelkreises kann eine Kurzschlußdetektionsrückkopplungsschaltung
verwendet werden.