DE69818712T2

DE69818712T2 - Verfahren zum lichtbogenschweissen mit einer abschmelzenden elektrode

Info

Publication number: DE69818712T2
Application number: DE69818712T
Authority: DE
Inventors: Tor Soting; Per Aberg
Original assignee: ESAB AB
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: DK1068041T3; EP1068041B1; EP1068041A1; ATE251007T1; US6313437B1; PL335440A1; SE511463C2; DE69818712D1; AU6643498A; PL185404B1; SE9700744D0; WO1998039130A1; SE9700744L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren beim manuellen oder automatischen Bogenschweißen, mit dem durch Steuerung des Abschlusses des Schweißprozesses eine Minimierung des beim Schweißvorgang gebildeten Kraters erreicht wird.
Stand der Technik
Beim Bogenschweißen bildet sich als Folge des Drucks vom Bogen her und durch das von der Elektrode auf das Werkstück übertragene Material eine Mulde im Schmelzbad. Diese Mulde wird oft als Krater bezeichnet. Zum Abschluss des Schweißvorganges bleibt dieser Krater in der Form eines Endkraters erhalten. Wird die Energiezufuhr beim Abschluss des Schweißvorganges plötzlich unterbrochen, dann erstarrt das geschmolzene Material, wobei es schrumpft. Die Erstarrung beginnt an den Schweißrändern und schreitet zum Zentrum hin fort. Insbesondere kommt es beim Schweißen mit einer hohen Energiezufuhr mit den sich daraus ergebenden großen Schmelzbädern zu einem Materialdefizit in der Schmelzbadmitte, wenn das geschmolzene Material erstarrt. Im Ergebnis bildet sich eine sog. Pfeife heraus, d. h. ein Loch, das sich vertikal durch den Endkrater erstreckt. Oft ist diese Pfeife auch die Ursache von Spalten oder Rissen, die sich in Längsrichtung der Schweißwulst erstrecken. Schweißdefekte dieser Art beeinträchtigen die Schweißfestigkeit, und aus diesem Grunde wurden verschiedene Verfahren geprüft, den Endkrater zu beseitigen.
Es ist bekannt, dass bei manuellen Schweißarbeiten der Schweißer oft den Endkrater auffüllt, indem er die Geschwindigkeit des Vorrückens unmittelbar vor dem Abschluss des Schweißvorganges erhöht, worauf er die Schweißzange in das Schmelzbad zurück bewegt, um so den Krater aufzufüllen. Dieses Verfahren stellt beträchtliche Anforderungen an die Geschicklichkeit des Schweißers und seine Wiederholbarkeit ist schlecht.
Für das automatische Bogenschmelzen ist außerdem bekannt, dass zum Erzeugen einer Kraterfüllung für einen programmierten Füllungszeitraum der Bogen für einen programmierten Abkühlzeitraum gelöscht und danach wieder gezündet wird, wobei reduzierte Schweißdaten eingestellt werden ( US 4 578 562 ). Das Verfahren ist zeitaufwendig, und bei der Neuzündung treten störende Schweißspritzer auf.
Schließlich ist bekannt, dass für eine schrittweise Verringerung der Größe des Schmelzbades die Schweißspannung bzw. die Drahtvorschubgeschwindigkeit kontinuierlich oder in nahezu gleich großen Stufen reduziert wird. Besonders dann, wenn das Schweißen bei einer hohen Energiezufuhr im Sprühtransferbereich ausgeführt wird, wie es z. B. beim MIG/MAG-Schweißen der Fall ist, durchlaufen die Schweißdaten in der Abklingphase einen Bereich, in dem ein beträchtliches Schweißspritzen und ein ungleichmäßiger Bogen erzeugt werden.
Ziel der Erfindung
Es ist das Ziel der Erfindung, für manuelle oder automatische Bogenschweißarbeiten, in denen eine Abschmelz-/Verbrauchs-Elektrode eingesetzt wird, ein neues Verfahren zur Steuerung einer Schweißstromquelle und der zugehörigen Drahtversorgungseinrichtung der Art vorzuschlagen, dass reproduzierbare Schweißabschlussvorgänge in einer minimalen Zeit ein zufriedenstellendes Auffüllen des Kraterendes gewährleisten, ohne dass ein störendes Schweißspritzen bewirkt wird.
Dieses Ziel wird in Übereinstimmung mit Anspruch 1 durch Herunterregeln der Bogenspannung bzw. der Drahtzufuhrgeschwindigkeit erreicht, wobei das Herunterregeln eine Reduktion der Bogenspannung zu Beginn des Abschlusses des Schweißvorganges in einer Zeitspanne umfasst, die beträchtlich kürzer ist als die gesamte Herunterregelungszeit und in der die Bogenspannung bis auf einen Wert unterhalb des Wertes herabgesetzt wird, der beim kontinuierlichen Schweißen und Vorrücken in der Naht bei sonst unveränderten Schweißbedingungen ein Schweißen ermöglicht, gefolgt von einer weiteren. Reduktion bis zu einem Endwert der Bogenspannung und einem zum Herunterregeln der Bogenspannung zeitgleichen Herunterregeln der Drahtvorschubgeschwindigkeit bis zu einem Endwert der Drahtvorschubgeschwindigkeit. Da die zugeführte Wärme zu Beginn des Abschlusses des Schweißbetriebs schnell kleiner wird, während gleichzeitig mehr Material zugeführt wird, wird das Schmelzbad gekühlt und die Menge von geschmolzenem Material reduziert, ohne dass ein störendes Schweißspritzen erzeugt wird, weil der für das Schweißen schwierige Globulartransferbereich in einer weit kürzeren Zeitspanne durchlaufen wird. Auf diese Weise wird der Abschluss des Schweißbetriebs sehr kurz und die Auffüllung des Kraters zufriedenstellend.
Vorteilhafte Modifikationen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen festgelegt.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind nur die Herunterregelungszeit und die Endwerte der Bogenspannung und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit einstellbare Parameter. Das vereinfacht die Handhabung und reduziert den Zeitbedarf weiter.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den beigefügten Zeichnungen ist:
1 eine schematische Darstellung des Herunterregelns der Bogenspannung und der Drahtzufuhr geschwindigkeit beim Abschluss eines Schweißvorganges gemäß der Erfindung; und
2 eine schematische Darstellung eines alternativen Herunterregelns gemäß der Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Zur Veranschaulichung wird die Erfindung im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Erfindung betrifft den Abschluss eines Schweißvorganges, wobei Bogenspannung und Zufuhrgeschwindigkeit während eines Schweißabschlusszeitraums bis auf einen Minimalwert, bei dem der Schweißvorgang unterbrochen wird, heruntergeregelt bzw. reduziert werden.
Gemäß der Erfindung wird eine Anfangsreduktion der Bogenspannung im Anfangsstadium beim Abschluss der Schweißvorganges in einem Zeitraum vorgenommen, der beträchtlich kürzer ist als die gesamte Herunterregelungszeit, darauf folgend wird eine weitere Reduktion vorgenommen, bis ein Endwert der Bogenspannung erreicht ist. Gleichzeitig wird auch die Drahtzufuhrgeschwindigkeit simultan mit dem Herunterregeln der Bogenspannung bis zu einem Endwert heruntergeregelt. Das letztere Herunterregeln der Drahtzufuhrgeschwindigkeit erfolgt kontinuierlich oder in nahezu gleichen Stufen.
Gemäß einer in 1 dargestellten ersten Ausführungsform erfolgt das Herunterregeln sowohl der Drahtvorschubgeschwindigkeit v als auch der Bogenspannung U in Stufen. Der Abschluss des Schweißvorganges läuft über eine Herunterregelungszeit T_A, die in diesem Falle in vier Schritte Δt unterteilt ist. Die Drahtvorschubgeschwindigkeit wird dann von v₁ auf v₃ in nahezu gleich großen Schritten herabgesetzt. Zeitgleich wird die Bogenspannung von U₁ auf U₃ herabgesetzt, aber in diesem Falle ist der Anfangsschritt von U₁ auf U₂ erheblich größer als der darauf folgende Schritt.
Auf diese Weise erfolgt die Anfangsreduktion der Bogenspannung schneller als die darauf folgende weitere Reduktion, weil die durchschnittliche Abnahme der Bogenspannung im Zeitabschnitt des ersten Schrittes jene in den folgenden Zeitabschnitten übertrifft.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Zahl der Schritte gleich vier, aber die Schrittzahl könnte auch anders sein, ohne von der Zielstellung der Erfindung abzuweichen.
Ein Spezialfall liegt vor, wenn die Schrittzahl gegen unendlich geht, d. h., wenn Δt gegen Null strebt. Dieser Spezialfall ist in 2 dargestellt, wo die Drahtvorschubgeschwindigkeit stetig linear von v₁ auf v₃ heruntergeregelt wird. In der gleichen Zeit weist die Bogenspannung in einem Anfangszeitabschnitt T₁ der Herunterregelungszeit T_A einen steilen Abfall von U₁ auf U₂ auf gefolgt von einem schwächeren Abfall von U₂ auf U₃ im Rest der Herunterregelungszeit T_A.
Die Anfangsreduktion der Bogenspannung ist von einer solchen Größenordnung, dass diese bis auf einen Wert unterhalb des Wertes herabgesetzt wird, der beim kontinuierlichen Schweißen und Vorrücken in der Naht bei sonst unveränderten Schweißbedingungen ein Schweißen ermöglicht. In diesem Falle sind Schweißvorgänge jedoch auch bei dieser geringen Bogenspannung noch ausführbar, da der Abschluss des Schweißvorganges ein Schweißen eines bereits erhitzten Gebietes umfasst, was weniger Energie erfordert als beim Schweißen von kalten Oberflächen. Durch die Anfangsreduktion der Bogenspannung wird ein sehr schneller Übergang vom Sprüh transferbereich in den Kurzbogenbereich (Tauchtransferbereich) durch den Globulartransferbereich hindurch erreicht, wo der Bogen instabil ist. Das bedeutet, dass die Größe des Schmelzbades schnell verringert werden kann.
Die Anfangsreduktion der Bogenspannung wird vorzugsweise noch in kürzeren Zeitspannen als 150 Millisekunden ausgeführt und führt zu einer Abnahme in einem Bereich von 50 bis 75 Prozent der Gesamtabnahme. Die gesamte Kraterauffüllzeit, in der das erfindungsgemäße Auffüllen des Kraters abläuft, liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 Sekunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise für den Einsatz im Gas-Metall-Bogenschmelzen (MIG/MAG) gedacht, das Verfahren ist aber gleichermaßen in Verbindung mit anderen Typen von Bogenschweißverfahren einsetzbar, in denen eine Abschmelz-/Verbrauchs-Elektrode verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung sind die Herunterregelungszeit und die Endwerte der Bogenspannung und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit die einzigen einstellbaren Parameter. Es ist ferner möglich, feste Relationen zwischen diesen Parametern für einen Gebrauch in einem sehr großen, die anderen Parameter betreffenden Einstellbereich, d. h. in einem ausgedehnten Strombereich, zu vereinbaren. Auf diese Weise wird dem Bediener ermöglicht, eine ausgezeichnete Kraterfüllung zu erreichen, wobei die Anforderungen an eine präzise Einstellung der Parameter minimiert wurden.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Schweißstromquelle und der zugehörigen Drahtvorschubeinrichtung für Bogenschweißarbeiten unter Verwendung einer Verbrauchselektrode, mit dem ein Auffüllen des Kraters zum Ende der Schweißarbeiten über eine Abnahme der Bogenspannung bzw. der Drahtzufuhrgeschwindigkeit erreicht wird, gekennzeichnet durch die Reduktion der Bogenspannung zu Beginn des Abschlusses des Schweißbetriebs für einen Zeitraum, der beträchtlich kürzer ist als die gesamte Abnahmezeitdauer, während derer die Bogenspannung bis auf einen Wert unterhalb des Wertes herabgesetzt wird, der beim kontinuierlichen Schweißen und Vorrücken in der Naht bei sonst unveränderten Schweißbedingungen ein Schweißen ermöglicht, gefolgt von einer weiteren Reduktion bis zu einem Endwert der Bogenspannung und einer mit der Abnahme der Bogenspannung zeitgleichen Abnahme der Drahtvorschubgeschwindigkeit bis zu einem Endwert der Drahtvorschubgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsreduktion der Bogenspannung in einem Zeitraum erfolgt, der kürzer als 150 Millisekunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsreduktion der Bogenspannung zwischen 50 und 75 Prozent der Gesamtabnahme beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißprozess ein Gas-Metall-Bogenschweißprozess (MIG/MAG) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahmezeitdauer zwischen 0,5 und 3 Sekunden liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Abnahmezeitdauer und die Endwerte der Bogenspannung und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit einstellbare Parameter sind.