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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Kontaktlichtbogenzündung beim WIG-Handschweißen.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Beim WIG-Schweißen gibt es heutzutage im Grunde
drei verschiedene Verfahren zum Herstellen des Lichtbogens.
- – Kontaktloses
Zünden,
indem das Schutzgas durch eine hochfrequente Hochspannung ionisiert wird.
Dieses Verfahren wird als HF-Zündung
bezeichnet und wird regelmäßig beim
Qualitätsschweißen verwendet,
wenn es wichtig ist, daß in der
Schweißabscheidung
keine Einschlüsse
des Elektrodenmaterials vorliegen. Mit dem Verfahren kann man gut
starten, es ist jedoch auch mit Nachteilen verbunden, wie etwa hohen
Kosten und oftmals sehr störender
Strahlung. Das bedeutet, daß das
Verfahren in elektrisch empfindlichen Umgebungen nicht eingesetzt
werden kann.
- – Kontaktzündung gemäß dem LIFTARC®-Zündverfahren,
bei dem die Elektrode in Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird. Danach wird
der Schweißpistolenauslöser gedrückt und
die Stromquelle liefert einen geringen Strom, bis die Pistole angehoben
wird und dadurch eine Lichtbogenspannung erfaßt werden kann. Der Strom wird dann
automatisch auf den für
das Schweißen
eingestellten Wert angehoben. Der niedrige Startstrom hat die Aufgabe,
Einschlüsse
des Elektrodenmaterials in der Schweißabscheidung zu reduzieren.
Mit dem Verfahren erhält
man gute Ergebnisse, wenn das Schweißen unter stabilen Bedingungen
erfolgt, d. h. mit einem gut festgeklemmten Werkstück und konstanter
Positionierung des Schweißers.
Falls diese beiden Bedingungen nicht beide erfüllt werden, ist es leicht, versehentlich
ein Eintauchen der Schweißelektrode
unmittelbar nach dem Zünden
des Lichtbogens zu bewirken. Da der Strom dann erhöht worden
ist und sich einen Schmelzkrater bildet, haftet oder klebt die Elektrode
in der kleinen Schmelze fest, die sich schnell verfestigt, wenn
der Lichtbogen erlöscht.
Dies führt
zu unerwünschten
Einschlüssen
aus Elektrodenmaterial in der Schweißabscheidung und auch zu Betriebsunterbrechungen, da
die Elektrode wieder geschliffen werden muß. Bei dem WIG-Schweißen hängt die
Qualität
stark davon ab, daß die
Elektrode an der Spitze auf den richtigen Winkel geschliffen worden
ist. Ansonsten wird die Lichtbogenstabilität wie auch die Eindringung
in die Naht beeinträchtigt.
Außerdem
erfordert das LIFTARC®-Zündverfahren viel Elektronik
im Schweißapparat,
da die Lichtbogenspannung gemessen werden muß. Dies ist insbesondere dann
der Fall, wenn der Steuerteil der Stromquelle auf der Primärseite in
einer Inverterstromquelle liegt. In diesem Fall muß eine galvanische Isolierung
der analogen Lichtbogenspannung stattfinden, bevor sie im Steuerteil
verwendet werden kann. Alternativ können Doppelelektroniksysteme
mit Doppelspannungsversorgungen usw. konstruiert werden. Dadurch
werden diese Stromquellen teurer. Schließlich gibt es das dritte und einfachste
Zündverfahren – Streichzünden. Das Verfahren
beinhaltet, daß der
Schweißer
die Elektrode sehr kurz am Werkstück entlang streift oder sie
dagegen taucht, während
die Stromquelle auf den vollen Schweißstrom eingestellt ist. Das
Verfahren erfordert große
Geschicklichkeit und ist unter allen Umständen mit einer erheblichen
Abnutzung der Elektrode mit regelmäßigem Neuschleifen als Konsequenz
verbunden. Dies ist eindeutig das Verfahren, durch die man die größten Einschlüsse von
Elektrodenmaterial in der Schweißabscheidung erhält. Der
Vorteil bei diesem Verfahren besteht darin, daß es keinerlei zusätzliche Ausrüstung in
der Maschine erforderlich macht. Es wird nur ein WIG-Schweißbrenner
mit Gasventil benötigt,
um eine herkömmliche
MMA-Maschine, die hauptsächlich
zum Schweißen
mit beschichteten Elektroden bestimmt ist, als eine WIG-Leistungsquelle
zu verwenden. In dieser Hinsicht ist der Startstromstoß ein Problem,
mit dem eine MMA-Maschine versehen ist. Bei jedem Start wird der
Strom relativ zum eingestellten Stromwert für 200–700 Millisekunden erhöht. Dies stellt
eine wichtige Funktion dar, damit sich schnell ein Schmelzkrater
bildet, so daß die
beschichtete Elektrode nicht steckenbleibt. Mindestens bei höheren Strömen hängt die
Amplitude des Startstromstoßes
direkt vom eingestellten Strom ab. Beim WIG-Schweißen mit
Streichzünden
kann dies schnell zu einer Überlastung
der Elektrode führen.
Außerdem
bildet sich der Schmelzkrater sehr schnell, was im Fall des Tauchens
der Elektrode aufgrund von Vibrieren beim Schweißstart oftmals zum Festsetzen
der Elektrode führt,
was ein Neuschleifen und verlorene Produktivität nach sich zieht. Es kommt
bei dem Verfahren zu einem weiteren Problem, wenn der Lichtbogen
unterbrochen werden soll. Dies geschieht, indem der Schweißbrenner
genügend vom
Werkstück
entfernt wird, um sicherzustellen, daß der Lichtbogen erlöscht. Beim
Schweißen
mit einem starken Strom stellt dies ein Problem dar, da der Lichtbogen
in diesen Fällen
durchaus 50 mm lang werden kann, bevor er unterbrochen wird.
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Aus US-A-4,051,344 ist ein am Griff
eines WIG-Schweißbrenners
montierter Schiebeschalter bekannt, der sowohl die Stromabgabe der
Lichtbogenschweißmaschine
einstellt als auch sie ein- und ausschaltet. Aus US-A-4,051,344 ist nicht
bekannt, zwischen zwei diskreten Höhen umzuschalten, um den Schweißlichtbogen
zuverlässig
herzustellen.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
in der Bereitstellung einer Anordnung zum Kontaktzünden eines
WIG-Lichtbogens,
durch die man eine Lösung
für die
obigen Probleme erhält,
ohne daß sie
die inhärenten
Nachteile des Stands der Technik aufweist.
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Gemäß der Erfindung wird diese
Aufgabe durch Verwendung eines Schalters an der Schweißpistole
erreicht, um von Hand zwischen einem niedrigen Zündstrom und einem eingestellten
Zündstrom umzuschalten.
Somit wird die Elektrode mit einem derartig niedrigen Strom in Kontakt
mit dem Werkstück
gehalten, daß die
Elektrode nicht beschädigt wird.
Diese Kontaktzeit ist in keiner Hinsicht kritisch. Danach wird der
Schweißbrenner
abgehoben und ein Lichtbogen wird mit dem niedrigen Zündstrom hergestellt.
Der Lichtbogen ist bezüglich
starker Schwankungen in der Lichtbogenlänge stabil. 10 mm bewirken
keinerlei Probleme. Solange der Strom niedrig ist, schmilzt das
zugrundeliegende Material nicht wesentlich, wenn die Materialdicke über 0,7
mm liegt, und der Schweißbrenner
kann deshalb auf dem Werkstück
bewegt werden, ohne daß irgendwelche störenden Spuren
zurückbleiben.
Erst wenn die Elektrode in der korrekten Startposition angeordnet
ist und der Schweißer
es für
angebracht hält,
drückt
er den Schweißpistolenauslöser. Der
Strom steigt dann auf den eingestellten Schweißstrom an. Durch das Verfahren
entfällt
der kritische Augenblick, wenn der Lichtbogen gerade gezündet worden
ist und der Schmelzkrater sich zu bilden beginnt, während sich die
Elektrode immer noch in unmittelbarer Nähe zum Werkstück befindet.
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Durch die Erfindung erhält man außerdem erhebliche
Vorteile bei dem weiteren Schweißen. Indem der Pistolenauslöser losgelassen
wird, und der Strom somit auf den niedrigen Zündstrom abnimmt, kann der Schweißer übermäßig große Hitze
kompensieren, die beispielsweise auf schwankende Lückenbedingungen
zurückzuführen sind,
ohne daß der Lichtbogen
unterbrochen und wieder gezündet
werden muß.
Dies kann man auch zwischen verschiedenen Nähten sowie am Ende einer Naht
anwenden, um die Wärmezufuhr
allmählich
zu reduzieren und dadurch die Größe des Schmelzkraters
zu reduzieren, damit das Risiko eines Endkraters beim Schweißende reduziert
wird. Bei einer herkömmlichen MMA-Stromquelle
wird eine zusätzliche
entfernte Einrichtung für
diese Steuerung benötigt.
Beim WIG-Schweißen
mit Füllmetall
sind beide Hände
des Schweißers
beschäftigt,
weshalb er nicht die Möglichkeit
hat, eine zusätzliche
entfernte Einrichtung manuell zu handhaben. In diesem Zusammenhang erhält man durch
die Erfindung eindeutig eine bessere Handhabung.
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Die Elektrodenabnutzung wird einerseits
infolge eines zuverlässigeren
Zündens
bei stark reduziertem Risiko des Elektrodentauchens dramatisch reduziert
und andererseits infolge der Möglichkeit, daß die Notwendigkeit
vermieden wird, den Lichtbogen während
des Schweißens
zu unterbrechen, sowohl bei ein und derselben Schweißraupe als
auch zwischen verschiedenen Schweißraupen auf dem gleichen Werkstück.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß man das
Eindringen verbessern kann, indem man bei einem höheren Schweißstrom schweißt, als
dies für das
durchgehende Schweißen
empfohlen wird, da es leicht ist, die Wärmezufuhr durch Loslassen des
Auslösers
zu reduzieren.
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Am Ende des Schweißens wird
der Lichtbogen natürlich
von dem niedrigen Strompegel unterbrochen, was die mit den Streichstarts
verbundenen sehr langen Lichtbögen
eliminiert.
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Die Anordnung benötigt keine extensive Elektronik – keine
komplizierte galvanische Isolierung von analogen Signalen, wenn
die Steuerelektronik bei Invertermaschinen auf der Primärseite liegt. Dadurch
erhält
man im Vergleich zum LIFTARC®-Verfahren Kostenvorteile.
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Im Vergleich zu HF-Starts weist die
Erfindung zusätzlich
zu den Kostenvorteilen den weiteren Vorteil auf, daß sie keine
störende
Strahlung emittiert, was bedeutet, daß sie in Umgebungen verwendet
werden kann, in denen HF-gestartete Maschinen nicht zugelassen sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt
die Spannung und den Strom während
des Startvorgangs, wobei zwei verschiedene Startstromstöße angegeben
sind.
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3 zeigt
einen typischen Schweißzyklus mit
Zündung,
Startstromstoß,
Fortsetzung und Pulsierung für
eine kühlere
Schmelze.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Es werden nun Beispiele von Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die aus einem Steuerteil 3 und
einem Leistungsteil 2 bestehende Stromquelle 1 liefert
Strom über
das Schweißkabel 16 an
den Schweißbrenner 12 mit
seiner Elektrode 13. Der Lichtbogen brennt zwischen der
Elektrode und dem Werkstück 14,
von dem aus das Rückkabel 15 den
Strom zurück
zum Leistungsteil der Stromquelle führt. Der Stromsollwertkonverter 5 besteht
aus mindestens zwei Stromsollwerteinstellern 8, 9 und
einem Wählglied 6,
das vom Pistolenauslöser 11 aus
gesteuert wird, der bevorzugt am oder in unmittelbarer Nähe zum Schweißbrenner 12 angeordnet
ist. Der Schweißschlauch 10 und
ein Eingang für
den Stromsollwert 4 sind andere in 1 gezeigte Einheiten.
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2 zeigt
die Spannung U2 zwischen dem Schweißkabel und
dem Rückkabel 15 und
den Strom I2 in diesen Kabeln als Funktion
der Zeit während
eines Anlaufvorgangs. Die Kurve 110 in 2b zeigt einen starken Startstromstoß an, wie
er oft in MMA-Maschinen vorkommt. Die Kurve 100 zeigt einen
vorteilhafteren Startstromstoß für die WIG-Lichtbogenzündung.
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Der Steuerteil 3 ist so
ausgestattet, daß er den
Leistungsteil mit einem Stromstoß von 120–250% des Sollstromwerts, bevorzugt 130–180%, steuert.
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In 3 sind
Spannung und Strom wie in 2 dargestellt,
wobei die linke Seite einen Startvorgang zeigt und die rechte Seite,
wie er bei fortdauerndem Schweißen
und am Ende des Schweißens erscheinen
kann, wenn die von der Erfindung bereitgestellten Möglichkeiten
zum Steuern der Wärmezufuhr
durch Pulsieren unter Verwendung des Pistolenauslösers verwendet
werden. 3a zeigt den Ein-Aus-Status
des Pistolenauslösers. 3b zeigt die Spannung zwischen
Schweißkabel
und Rückkabel
im Lauf der Zeit. Die Position des Schweißbrenners relativ zum Werkstück bei den
verschiedenen Zeitstadien ist ganz am Boden von 3 gezeigt. 3c zeigt
den Strom im Schweißkabel.
Die Zeitskala hat auf der linken Seite der Figur Skalenunterteilungen
von 100 ms und auf der rechten Seite Skalenunterteilungen von 2
s.
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Eine mögliche Variante besteht darin,
daß der
Schweißbrenner 12,
die Bedieneinrichtung 11, der Schweißschlauch 10 und der
Stromsollwertkonverter 5 als Zubehörpaket geliefert werden, um
eine reine MMA-Maschine
nach Anschluß an
eine entfernte Steckdose in eine WIG-Maschine umzuwandeln. Der Schweißbrenner
sollte außerdem
ein hier nicht gezeigtes Gasventil enthalten. Die Anforderungen hinsichtlich
der MMA-Stromquelle
für eine
erfolgreiche Umwandlung bestehen darin, daß sie von einem Strom von nur
10–30
A gesteuert werden kann und daß sie
einen Startstromstoß innerhalb
der Bereiche liefert, die hier weiter oben angedeutet worden sind.
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Der Kontakt herstellende Pistolenauslöser und
der Schaltrelaiskontakt in 1 sind
natürlich nur
Designbeispiele. Es ist auch möglich,
daß eine Reihe
von Knöpfen
an oder in der Nähe
des Schweißbrenners
bereitgestellt werden.
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Ein geeigneter Startstrompegel beträgt 8–40 A, bevorzugt
10–30
A.