DE69900768T2

DE69900768T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Zündung eines Schweisslichtbogens

Info

Publication number: DE69900768T2
Application number: DE69900768T
Authority: DE
Inventors: Albert J. De Coster
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: DE69900768D1; CA2266272C; EP0947276B1; JPH11342469A; EP0947276A1; US6075224A; CA2266272A1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zünden eines Schweißlichtbogens und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zünden eines Schweißlichtbogens durch Anlegen eines Lichtbogenzündsignals zum Ionisieren des Schutzgases vor dem Freischalten des Ausgangsstroms.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In der Technik sind viele Schweißverfahren bekannt, jedes mit seinen eigenen Vorteilen und Nachteilen. Übliche Schweißverfahren sind das Autogenschweißen, das Oxy-Acetylenhartlöten und -löten, das Metall-Lichtbogenschweißen (SMAW-Schweißen) oder "STICK"-Schweißen, das Metall-Inertgasschweißen (MIG-Schweißen) oder "Zusatzdraht"-Schweißen, das Wolfram-Inertgas-Lichtbogenschweißen (GTAW) oder "TIG"-Schweißen und das Plasmaschneiden. Das TIG-Schweißen ist vielleicht das sauberste und genaueste aller mit der Hand geführten Schweißvorgänge. Zwar betreffen das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen TIG-Schweißvorgang, jedoch wird der Fachmann erkennen, daß die vorliegende Erfindung Anwendung für viele andere Schweißverfahren finden kann.
Im folgenden wird ein TIG-Schweißvorgang an Hand von Fig. 1 beschrieben. Beim TIG-Schweißen wird ein konzentrierter Hochtemperatur-Lichtbogen zwischen einer nicht aufbrauchbaren Wolframelektrode 10 und einem Werkstück 14 gezogen, wobei das Werkstück 14 über eine Werkstückklammer 24 mit dem Ausgang einer Schweißstromquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Elektrode 10 sitzt in einem Schweißbrenner 16, wobei der Schweißbrenner eine Schutzgasquelle 18 umfaßt, beispielsweise einen Behälter, um ein Schutzgas 20 wie Argon, Helium, eine Mischung derselben oder andere inerte oder nichtinerte Gase auf eine Schweißstelle 22 an dem Werkstück 14 zu richten. Der Schweißbrenner 16 empfängt einen Strom des Schutzgases 20 von einem Gasbehälter (nicht dargestellt). Der Schweißer zündet einen Lichtbogen, indem er mit der Elektrode 10 das Werkstück 14 berührt oder daran scheuert, um einen Stromkreis zwischen der Elektrode 10 und der Werkstückklammer 24 zu schließen. Wenn die Elektrode 10 von dem Werkstück 14 weggezogen wird, wird ein Lichtbogen 12 gezündet. Dann führt der Schweißer einen blanken Schweißdraht 26 zu der Schweißstelle 22 und erzeugt dadurch eine Schweißbadschmelze 28. Die Schweißbadschmelze 28 erhärtet und hinterläßt eine zwei Metallstücke verbindende Schweißraupe 30.
Bei diesem physikalischen Verfahren zum Zünden eines Lichtbogens bestehen zahlreiche Probleme, denn die Spitze der Wolframelektrode bricht gewöhnlich ab, da mit der Elektrode das Werkstück berührt oder daran gescheuert wird. Oft fällt die Spitze in die Schweißbadschmelze und verunreinigt die Schweißnaht. Auch muß der Schweißer dann die Elektrode wieder anspitzen oder auswechseln. Dieses Verfahren macht nicht nur dem Schweißer Umstände, sondern es werden auch Zeit und Mittel vergeudet, wodurch letztlich höhere Kosten für jede Schweißstelle entstehen.
Eine bekannte Lösung besteht darin, eine Kupferplatte zum Zünden des Lichtbogens zu verwenden. Die Platte wird längs der Schweißstelle an das Werkstück angelegt und zum Zünden des Lichtbogens verwendet, wonach der Lichtbogen zu der eigentlichen Schweißstelle bewegt wird, um mit dem Schweißen beginnen zu können. Obwohl die Kupferplatte die Häufigkeit vermindern kann, mit der die Elektrode bricht, kommt es immer noch zum Bruch, da mit der Elektrode gegen ein Metall geklopft wird. Auch kann der Umgang mit einer Kupferplatte nahe der Schweißstelle für den Schweißer hinderlich werden, läßt den Schweißer leichter ermüden und vermindert die Produktivität.
Um dieses Problem anzugehen, wurden Lichtbogenzündkreise, beispielsweise Hochfrequenzimpulse erzeugende Kreise, zum elektronischen Zünden des Schweißlichtbogens konstruiert. Bei solchen bekannten Lichtbogenzündkreisen, wie sie beispielsweise in GB-A-2115993 und GB-A-2250704 offenbart sind, ist ein Vorstrom des Schutzgases zulässig, wonach gleichzeitig die Auslösung eines Lichtbogenzündsignals zusammen mit dem Freischalten des Ausgangsstromflusses erfolgt. Es wurde jedoch festgestellt, daß mit diesem Lichtbogenzündverfahren der Lichtbogen nicht zuverlässig gezündet wird.
Davon ausgehend werden ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Zünden eines Schweißlichtbogens benötigt, um die Probleme und Beschränkungen nach dem Stand der Technik zu beseitigen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese und weitere Aufgaben werden mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 21 und 13 erfüllt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung schaltet der Regler den Stromkreis 100 Millisekunden nach dem Anlegen des Lichtbogenzündsignals durch den Lichtbogenzündkreis frei.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Lichtbogenzündsignal ein Signal mit hoher Frequenz und hoher Spannung.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Stromkreis ein phasengesteuerter Hauptstromkreis.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen und in denen:
Fig. 1 die Bestandteile darstellt, die zum Ausführen eines TIG-Schweißvorgangs in der in der Technik bekannten Weise verwendet werden;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schweißvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Schweißvorrichtung in der Lage ist, einen Lichtbogen zum Ausführen eines Schweißverfahrens, beispielsweise des in Fig. 1 dargestellten TIG-Schweißverfahrens, zu zünden;
Fig. 2A eine schematische Darstellung des Lichtbogenzündkreises gemäß Fig. 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 3 ein Ablaufschema ist, das die Verfahrensschritte darstellt, die die Schweißvorrichtung gemäß Fig. 2 zum Zünden eines Schweißlichtbogens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befolgt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Schweißvorrichtung 40 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schweißvorrichtung 40 umfaßt eine Stromquelle 42 und kann auch andere, nicht gezeigte Schweißausrüstungen umfassen, beispielsweise einen Schweißbrenner 16, einen Gasbehälter, einen Stand und weitere in der Technik wohlbekannte Bestandteile zum Schweißen. Die Schweißvorrichtung 40 ist vorzugsweise eine TIG/STICK-Schweißvorrichtung, wobei der Schweißer die Vorrichtung 40 entweder zum TIG- oder zum STICK-Schweißen verwenden kann, indem er den geeigneten Vorgang über die Benutzeroberfläche 44 wählt und die notwendigen Schweißausrüstungen anbringt, beispielsweise den Schweißbrenner und den Gasbehälter zum TIG-Schweißen oder eine Einstechelektrode zum STICK- Schweißen.
Die Stromquelle 42 umfaßt einen Hauptstromkreis 46. Der Hauptstromkreis 46 empfängt einen Eingangsstrom von einem Stromeingang 48 und wandelt ihn sowohl in Ws-Schweißstrom als auch in Gs-Schweißstrom um, die an den Ws- und den Gs-Stromausgängen 50, 78 bzw. 52, 76 zur Verfügung stehen. Der Hauptstromkreis 46 ist vorzugsweise eine phasengesteuerte Stromquelle mit gesteuerten Siliciumgleichrichtern (SCRs) zum Umwandeln des an dem Stromeingang 48 aufgenommenen Stroms in nutzbaren Schweißstrom in der in der Technik wohlbekannten Weise. Als Alternative könnte ein Fachmann die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch auf andere wohlbekannte Stromwandler- und Stromwechselrichtertopologien anwenden.
Mit dem Hauptstromkreis 46 ist operativ ein Regler 56 gekoppelt. Der Regler 56 umfaßt einen Mikroprozessor, beispielsweise einen Intel 80C196KC-20, der viele Steuerfunktionen in der Schweißvorrichtung 40 ausführt. Als Alternative könnte der Regler 56 diskrete Komponentensteuerkreise zum Ausführen dieser Steuerfunktionen umfassen. Der Regler 56 steuert den Ausgangsstrom von dem Hauptstromkreis 46 durch Erzeugung von Steuersignalen an der Leiterbahn 57 zum Steuern der Schaltkomponenten (z. B. SCRs, IGBTs) in dem Hauptstromkreis 46.
Der Regler 56 empfängt vom Benutzer gewählte Betriebsparameter von der Benutzeroberfläche 44. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Benutzeroberfläche 44 eine Mehrzahl von Wahlschaltern (nicht dargestellt), die der Benutzer zum Auswählen eines Schweißverfahrens (STICK/TIG), einer Stromsteuerung (SCHALTTAFEL/FERNBEDIENUNG), einer Ausgangssteuerung (EIN/FERNBEDIENUNG), eines Startmodus (AUS/ABHEBEN/HF-START/HF- KONT.), einer Impulsgeneratorfünktion und der zugehörigen Parameter, einer positiven/negativen Ausgleichssteuerung für das WS-TIG-Schweißen, einer DIG-Steuerung für das STICK-Schweißen, eines Stromstärkegrades, eines Punktschweißvorgangs und der Wahl einer Abfolge wie Anfangsstrom, Endstrom (Kraterstrom) oder beides bedienen kann. Der Regler 56 überträgt an die Benutzeroberfläche 44 auch Informationen zu dem Schweißvorgang, die für den Schweißer von Wert sind, und zwar zur Spannung des Lichtbogens, Stromstärke des Lichtbogens und zu bevorzugten Einstellungen der Wahlschalter. Der Regler 56 ist ferner mit einem Impulsgeneratorkreis 62 zum Ausführen einer Impulsgeneratorfunktion in der in der Technik wohlbekannten Weise verbunden. Mit dem Regler 56 ist ein Speicher 58 zum Speichern von Daten einschließlich der Einstellungen der Wahlschalter auf der Benutzeroberfläche 44 zum zukünftigen Wiederabrufen nach dem Abschaltvorgang oder zwischen den Schweißtakten gekoppelt.
Immer noch in Fig. 2 empfängt der Regler 56 über eine Stromrückspeisungsleiterbahn 64 Stromrückspeisungssignale, die den Pegel des Gs-Ausgangsstroms von dem Gs-Stromausgang 52, 76 anzeigen. Der Regler 56 empfängt auch über eine Spannungsrückspeisungsleiterbahn 66 Spannungsrückspeisungssignale, die die Spannung an einem Stromausgang 68 anzeigen. Der Stromausgang 68 umfaßt eine Elektrodenklemme 74, die eine Schweißbrennerelektrode aufnehmen kann, und eine Klemme 72 für eine Werkstückklammer, die eine Werkstückklammer oder ein anderes werkstückbezogenes Element aufnehmen kann. Ein Stromwahlschalter 70 sorgt für eine vom Benutzer wählbare Steuerung der Art des an dem Stromausgang 68 bereitgestellten Ausgangsstroms (z. B. Ws, Gs elektrodennegativ oder Gs elektrodenpositiv).
Die Schweißvorrichtung 40 umfaßt ferner einen Hintergrundkreis 54, der bei Gs-Schweißverfahren von dem Regler 56 über den Steuerungseingang 55 freigeschaltet wird. Der Hintergrundkreis 54 nimmt Eingangsstrom von dem Hauptstromkreis 46 längs der Leiterbahn 47 auf und erzeugt ein Schwachstrom- Ausgangssignal, das unter Schweißbedingungen mit geringer Stromstärke, d. h. bei Ausgangsstrompegeln von annähernd 5 Ampere oder weniger, den Schweißlichtbogen aufrechterhält.
Die Schweißvorrichtung 40 umfaßt ferner einen Lichtbogenzündkreis 80. Der Lichtbogenzündkreis 80 wird über einen Steuerungsleiterbahn 82 von dem Regler 56 gesteuert und nimmt längs der Leiterbahn 49 Strom von dem Hauptstromkreis 46 auf. Der Lichtbogenzündkreis 80 spricht auf den Regler 56 an, indem er das Anlegen eines Lichtbogenzündsignals an den Stromausgang 68 über die Leiterbahn 81 entweder freischaltet oder blockiert. Der Stromkreis 80 kann jeder in der Technik bekannte Lichtbogenzündkreis sein, beispielsweise ein kapazitiver Entladungskreis, ein Lichtbogensteuerkreis oder ein Lichtbogenimpulskreis, ist jedoch vorzugsweise ein Hochfrequenz-Zündkreis, beispielsweise der in Fig. 2A dargestellte Stromkreis.
Was nun Fig. 2A betrifft, so ist Fig. 2A eine schematische Darstellung des Lichtbogenzündkreises 80 gemäß Fig. 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Stromkreis 80 ist ein Hochfrequenz-Zündkreis, der Eingangsstrom von dem Hauptstromkreis 46 empfängt, beispielsweise über eine Sekundärwicklung 140 von dem Hauptstromtransformator 141 des Hauptstromkreises. Der Stromkreis 80 umfaßt einen Kondensator 142, der die Wicklung 140 abschließt, und Relaisschalter 144, 146 zum Freischalten oder Blockieren des Anlegens des Lichtbogenzündsignals an den Stromausgang 68. Das Anlegen des Lichtbogenzündsignals wird durch ein über die Leiterbahn 82 von dem Regler 56 empfangenes Steuersignal gesteuert, das die Relaisspule 147 zum Ansteuern der Schalter 144, 146 aktiviert. Der Stromkreis 80 umfaßt ferner ein Überspannungsschutzelement 148 oder eine ähnliche Filtervorrichtung zum Beseitigen von durch das Schalten der Schalter 144, 146 ausgelösten Spannungszacken. Ein Netz von Kondensatoren 150, 152 und einem Widerstand 154 steuert einen Hochfrequenz- Aufwärtstransformator 156 zum Laden eines Kondensators 158. Der Kondensator 158 entlädt sich über die Funkenstrecke 160 in eine Hochfrequenz-Kopplungsspule 162, wobei die Spule 162 eine hohe Frequenz an den Stromausgang 68 liefert, vorzugsweise an der Elektrodenklemme 74.
Das Lichtbogenzündsignal weist vorzugsweise eine Spitze-Spitze-Spannung Vp-p auf, die durch die Funkenstrecke 160 einstellbar ist. Das Lichtbogenzündsignal weist eine Schwingungsfrequenz und eine Wiederholungsfrequenz auf, wobei die Wiederholungsfrequenz durch einen wahlweisen, vom Benutzer bedienbaren oder vom Regler einstellbaren Intensitätsregler 164 (z. B. ein Potentiometer) einstellbar ist. Die Schwingungsfrequenz des Lichtbogenzündsignals beträgt vorzugsweise etwa 1,5 Megahertz (MHz) und könnte als Alternative zwischen etwa 1 MHz und 2 MHz liegen. Die Wiederholungsfrequenz des Lichtbogenzündsignals liegt vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 700 Hz oder zwischen etwa 1 Hz und 1 kHz und kann sogar wahllos innerhalb dieses Bereichs schwanken. Die Spannung des Lichtbogenzündsignals beträgt vorzugsweise 15000 Vp-p, könnte jedoch als Alternative zwischen 2000 Vp-p und etwa 25000 Vp-p liegen.
Der Regler 56 empfängt auch Fernbedienungseingaben von einer Eingabevorrichtung 84 durch einen Fernbedienungskreis 86 über eine Leiterbahn 85. Die Eingabevorrichtung 84 ist vom Benutzer bedienbar und kann zum Steuern des Schweißstromausgangs verwendet werden. Der Schutzgasstrom wird ebenfalls von dem Regler 56 gesteuert. Bei dieser Ausführungsform wird ein Steuersignal von dem Regler 56 über eine Leiterbahn 88 durch einen Strömungssteuerungskreis 92 hindurch zu einem Strömungssteuerungsmesser 90 befördert. Der Strömungssteuerungsmesser 90 ist mit einem Gasbehälter (nicht dargestellt) zum Regulieren des Schutzgasstroms aus dem Gasbehälter zu der Schweißstelle verbunden (siehe Fig. 1). Als Alternative könnte sich der Strömungssteuerungsmesser 90 innerhalb der Stromquelle 42 befinden, wobei ein Gasströmungskanal (nicht dargestellt) von dem Gasbehälter durch die Stromquelle 42 und durch den Strömungssteuerungsmesser 90 hindurch und dann heraus zu dem Schweißbrenner 16 zur Versorgung für die Schweißstelle 22 durch die Gasquelle 18 hindurch verläuft.
Die Stromquelle 42 kann mehr oder weniger Funktionen als die in Fig. 2 dargestellten aufweisen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen (z. B. braucht die Stromquelle 42 keinen Impulsgeneratorkreis 62 zu umfassen). Des weiteren können Ausführungsformen der dargestellten Funktionen umfangreich und verschiedenartig sein. Beispielsweise könnte die Eingabevorrichtung 84 ein Fingerauslöser, ein Fußpedal oder eine andere Art einer Eingabevorrichtung sein.
Was nun Fig. 3 betrifft, so ist Fig. 3 ein Ablaufschema, das die Schritte in einem Lichtbogenzündverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Lichtbogenzündschritte werden vorzugsweise von dem Regler 56 gemäß einem in dem Regler 56 gespeicherten Programmkode in Verbindung mit den verschiedenen Stromkreisen gesteuert, die oben an Hand von Fig. 2 und Fig. 2A beschrieben sind. Bei dem Lichtbogenzündverfahren gemäß Fig. 3 wird vorzugsweise entweder ein Ws-TIG- oder ein Gs-TIG-Verfahren gezündet. Weiterhin kann der Lichtbogenzündkreis 80 entweder in einem START-Modus betrieben werden, bei dem das Lichtbogenzündsignal nur angelegt wird, um den Lichtbogen zu Beginn des Schweißverfahrens zu zünden, oder in einem kontinuierlichen Modus (KONT), bei dem das Lichtbogenzündsignal periodisch durch ein gesamtes Ws-Schweißverfahren hindurch angelegt wird, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten, wenn die Ws-Ausgangswellenform durch den Nullpunkt wechselt. Jedoch finden das Lichtbogenzündverfahren und Ableitungen desselben Anwendung in anderen Schweißverfahren und Zündmodi.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren beginnt der Schweißer das Schweißverfahren mit dem Einstellen der Schweißvorrichtung entweder auf Ws-TIG oder Gs-TIG und des Zündmodus entweder auf START oder KONT mit Hilfe von Wahlschaltern auf der Benutzeroberfläche 44. Andere Schweißparameter wie der Stromstärkepegel und die Impulsgeneratorfunktion können dieses Mal über die Benutzeroberfläche 44 gewählt werden. Wenn die Ausgabesteuerung mit der Ferneingabevorrichtung 84 auf EIN geschaltet wird, beginnt der Startmodus 100. Bei Schritt 102 schaltet der Regler 56 den Strömungssteuerungsmesser 90 durch den Strömungssteuerungskreis 92 frei, um mit der Lieferung eines Schutzgases zu der Schweißstelle zu beginnen. Das Gas kann über einen durch einen vom Benutzer betätigbaren Wahlschalter auf der Benutzeroberfläche eingestellten Vorströmungszeitraum strömen, der beispielsweise im Bereich von 0 bis 10 Sekunden liegt. Wenn der Vorströmungszeitraum abgelaufen ist, schaltet der Regler 56 den Lichtbogenzündkreis 80 über den Steuereingang 82 frei (Schritt 104). Bei Schritt 106 erzeugt der Stromkreis 80 ein Lichtbogenzündsignal, das er über einen vorbestimmten Zeitraum, während dessen das Lichtbogenzündsignal den Strom der Schutzgasteilchen ionisiert, an den Stromausgang 68 absetzt. Vorzugsweise wird bei diesem Schritt kein zum Schweißen geeigneter Lichtbogen gezogen. Der vorbestimmte Zeitraum beträgt vorzugsweise etwa 100 Millisekunden. Der vorbestimmte Zeitraum kann so kurz wie die Zeit sein, die das Lichtbogenzündsignal braucht, um die Lücke zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 14 zu überqueren. Der vorbestimmte Zeitraum darf durchaus 1 Sekunde lang sein, wobei der Schweißer bei mehr als 1 Sekunde allerdings ungeduldig werden kann, da er auf den nächsten Schritt im Startmodus 100 wartet.
Bei Schritt 108 schaltet der Regler 56 über ein an den Steuereingang 57 angelegtes Steuersignal den Hauptstromkreis 46 derart frei, daß entweder ein Wechselstrom oder ein Gleichstrom (je nach Wahl durch den Benutzer) an den Stromausgang 68 angelegt wird. Wenn bei Schritt 110 Ws-TIG gewählt wurde, schaltet der Regler 56 über den Eingang 55 bei Schritt 112 auch den Hintergrundkreis 56 frei. Der Hintergrundkreis 56 kann entweder gleichzeitig mit dem Freischalten des Hauptstromkreises 46 oder eine Zeitlang danach (z. B. nach mehreren Sekunden) freigeschaltet werden, jedoch wird der Hintergrundkreis 56 vorzugsweise etwa 20 Millisekunden danach freigeschaltet. Bei Schritt 114 stellt der Regler 56 durch Überwachung der Spannungsrückmeldesignale über die Spannungsrückmeldeleiterbahn fest, ob ein Lichtbogen gezogen ist. Wenn die Spannungsrückmeldesignale beispielsweise anzeigen, daß die Ausgangsspannung unter einen bestimmten Pegel (z. B. weniger als 50 Volt) abgefallen ist, dann gilt der Lichtbogen als vorhanden.
Bei Schritt 116 sendet der Regler 56, wenn ein Lichtbogen erkannt ist, über den Steuereingang 57 ein Steuersignal an den Hauptstromkreis 46, damit der Hauptstromkreis 46 mit dem Regulieren des Ausgangsstroms beginnt. Bei einem Gs-TIG- Schweißverfahren bewirkt der Regler 56, sobald in Schritt 114 ein Lichtbogen erkannt ist, daß der Hauptstromkreis 46 über die Benutzeroberfläche 44 Gleichstromenergie von mehr als 40 Ampere oder mit der vom Benutzer gewählten Stromstärke bereitstellt. Dadurch wird sichergestellt, daß ein vorbestimmter Mindeststrom bereitgestellt wird, damit der Lichtbogen nicht erlischt, wobei der vorbestimmte Mindeststrom vorzugsweise 40 Ampere beträgt, obwohl andere Stromstärken ebenfalls genügen können. Wird ein zulässiger Lichtbogen annähernd 40 Millisekunden lang bei dem vorbestimmten Mindeststrom aufrechterhalten, sendet der Regler 56 ein zweites Steuersignal, um zu bewirken, daß der Hauptstromkreis 46 den Gleichstrom von dem vorbestimmten Mindeststrom auf die vom Benutzer gewählte Stromstärke oder auf einen anderen vorbestimmten Pegel ansteigen läßt, wonach sich das Verfahren bei Schritt 118 fortsetzt. Vorzugsweise bewirkt der Regler 56, daß der Hauptstromkreis 46 den Gleichstrom auf die vom Benutzer gewählte Stromstärke hochspringen läßt, obwohl der Regler 56 auch bewirken kann, daß der Hauptstromkreis 46 den Gleichstrom mit der Zeit rampenförmig ansteigen läßt. Bei einem Ws- TIG-Schweißverfahren bewirkt der Regler 56, sobald in Schritt 114 ein Lichtbogen erkannt ist, daß der Hauptstromkreis 46 Wechselstromenergie mit einer Bilanz von vorzugsweise 55% elektrodenpositiv (EP) zu 45% elektrodennnegativ (EN) bereitstellt. Eine elektrodenpositivere Bilanz ist förderlicher für das Zünden und Aufrechterhalten eines Schweißlichtbogens als eine elektrodennegativere Bilanz. Diese erste vorbestimmte, elektrodenpositiv begünstigende Bilanz wird etwa 40 Millisekunden lang aufrechterhalten, wonach der Regler 56 ein zweites Steuersignal sendet, um zu bewirken, daß der Hauptstromkreis die vorbestimmte Bilanz rampenförmig auf die vom Benutzer gewählte Bilanz oder auf einen anderen vorbestimmten Pegel ansteigen läßt, wonach sich das Verfahren bei Schritt 118 fortsetzt.
Zwar wurde die Lichtbogenregulierung von Schritt 116 oben in einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, jedoch ist diese Ausführungsform lediglich beispielhaft. In der Technik sind viele andere Arten der Lichtbogenregulierung bekannt und gelten als Teil der vorliegenden Erfindung.
Bei Schritt 118 geht der Regler 56, wenn der START-Modus gewählt wurde, zu einem Schritt 120 weiter. Bei Schritt 120 wird der Lichtbogen eine Zeitlang überwacht, vorzugsweise über 0,75 Sekunden, um sicherzustellen, daß der Lichtbogen stabil bleibt, wonach der Regler 56 den Lichtbogenzündkreis 80 blockiert. Der Stromkreis 80 bleibt dann für den Rest des Schweißverfahrens blockiert. Wenn bei Schritt 118 nicht der START-Modus gewählt wurde (d. h. daß der KONT-Modus gewählt wurde), bleibt der Lichtbogenzündkreis 80 derart freigeschaltet, daß das Lichtbogenzündsignal während des gesamten Schweißtakts kontinuierlich angelegt wird, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Schließlich schaltet der Regler 56, wenn nach der Festlegung bei Schritt 122 die Impulsgenerator-Option gewählt wurde, den Impulsgeneratorkreis 62 frei, um den Hauptstromkreis 46 bei Schritt 124 für einen gepulsten Schweißstrom zu steuern.
Zwar wurde die soeben erfolgte Beschreibung für die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gegeben, die Erfindung soll jedoch nicht auf eine spezielle Anordnung beschränkt werden, sondern wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Beispielsweise braucht ein Verfahren zum Zünden und Aufrechterhalten eines Schweißlichtbogens nicht sämtliche Schritte des Startmodus 100 zu umfassen, und es braucht auch nicht alle die gleichen Zeiträume und Stromstärkewerte wie bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform zu umfassen. Angemessene Bereiche, wie sie den Fachleuten bekannt sind, sollten als einen Teil der vorliegenden Erfindung bildend angenommen werden. Ebenso werden zwar STICK- und TIG-Verfahren bei dieser bevorzugten Ausführungsform verwendet, die vorliegende Erfindung wird jedoch auch bei zahlreichen anderen Schweißvorrichtungen angewendet. Diese und weitere alternative Konfigurationen der Erfindung, die für die Fachleute erkennbar sein können, sollen in dem Maße einen Teil der Erfindung bilden, in dem diese Alternativen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

1. Schweißvorrichtung mit:

einem Stromkreis (46) zum Bereitstellen eines Schweißstroms an einem Schweißausgang (68), so daß ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode (74) und einem Werkstück (72) gezogen werden kann und eine Schweißstelle dazwischen bildet, wobei der Stromkreis einen Steuereingang (57) aufweist; einer Schutzgasquelle zum Bereitstellen eines Schutzgases an der Schweißstelle;

einem Lichtbogenzündkreis (80) zum Absetzen eines Lichtbogenzündsignals an den Schweißausgang (68), wobei das Lichtbogenzündsignal das Schutzgas ionisiert; dadurch gekennzeichnet, daß

ein mit dem Steuereingang (57) gekoppelter Regler (56) zum Absetzen eines Steuersignals an den Steuereingang vorgesehen ist, um den Stromkreis (46) freizuschalten, damit er den Schweißstrom in einem ersten vorbestimmten Zeitraum nach dem Absetzen des Lichtbogenzündsignals durch den Lichtbogenzündkreis (80) bereitstellen kann, wodurch der Lichtbogen Zwischen der Elektrode und dem Werkstück gezogen werden kann.

2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromkreis (46) ein phasengesteuerter Stromkreis ist.

3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtbogenzündkreis (80) einen zweiten Steuereingang (82) aufweist, der Regler (56) mit dem zweiten Steuereingang (82) gekoppelt ist und der Regler (56) ein zweites Steuersignal an den zweiten Steuereingang (82) absetzt, um den Lichtbogenzündkreis (80) freizuschalten, damit er das Lichtbogenzündsignal an den Schweißausgang (68) absetzen kann.

4. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtbogenzündsignal ein Signal von hoher Frequenz und hoher Spannung ist.

5. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste vorbestimmte Zeitraum annähernd 100 Millisekunden beträgt.

6. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste vorbestimmte Zeitraum zwischen annähernd 1 Millisekunde und 1000 Millisekunden liegt.

7. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schutzgas ein Inertgas ist.

8. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Regler (56) in einem zweiten vorbestimmten Zeitraum nach dem Ziehen des Lichtbogens den Lichtbogenzündkreis (80) sperrt.

9. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal bewirkt, daß der Stromkreis (46) den Schweißstrom auf dem vorbestimmten minimalen Pegel bereitstellt.

10. Schweißvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Regler (56) ein zweites Steuersignal an den Stromkreis (46) absetzt, so daß der Schweißstrom auf einen zweiten vorbestimmten Pegel ansteigt.

11. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal bewirkt, daß der Stromkreis (46) einen Ws-Schweißstrom mit einem vorbestimmten Ausgleich bereitstellt, wobei die Elektrode für einen längeren Zeitraum positiv ist, als die Elektrode negativ ist.

12. Schweißvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Regler (56) ein zweites Steuersignal an den Stromkreis (46) absetzt, so daß der Schweißstrom auf einen zweiten vorbestimmten Ausgleichspegel ansteigt.

13. Verfahren zum Auslösen eines Schweißlichtbogens an einer Schweißstelle mit Hilfe einer Schweißvorrichtung mit einem Stromkreis (46), um einen Schweißstrom an einem Stromausgang bereitzustellen, mit den folgenden Schritten:

Bereitstellen (102) eines Schutzgasstroms an der Schweißstelle;

Erzeugen (104) eines Lichtbogenzündsignals am Stromausgang der Schweißvorrichtung zum Ionieren (106) des Schutzgasstroms;

dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin folgende Schritte umfaßt:

Freischalten (108) des Stromkreises zum Bereitstellen eines Ausgangsstroms am Stromausgang der Schweißvorrichtung in einem vorbestimmten Zeitraum nach dem Erzeugen (104) des Lichtbogenzündsignals, wodurch der Schweißlichtbogen an der Schweißstelle ausgelöst wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Stromkreis ein phasengesteuerter Stromkreis ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der vorbestimmte Zeitraum annähernd 100 Millisekunden beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der vorbestimmte Zeitraum zwischen annähernd 1 Millisekunde und 1000 Millisekunden liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Schutzgas ein Inertgas ist.

18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schutzgasstrom in einer zweiten vorbestimmten Zeit bereitgestellt wird, bevor das Lichtbogenzündsignal abgesetzt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der zweite vorbestimmte Zeitraum von einem durch den Nutzer bedienbaren Wahlschalter eingestellt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 13, des weiteren umfassend das Sperren (120) des Lichtbogenzündsignals, nachdem der Schweißlichtbogen ausgelöst ist.

21. Schweißvorrichtung mit einem Stromausgang zum Bereitstellen eines Ausgangsstroms zum Ausführen eines Schweißvorgangs an einer Schweißstelle, mit:

einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Schutzgasstroms an der Schweißstelle;

einer Einrichtung (80) zum Absetzen eines Lichtbogenzündsignals an dem Stromausgang, wodurch das Schutzgas ionisiert wird;

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin folgendes umfaßt:

eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangsstroms an dem Stromausgang in einem vorbestimmten Zeitraum nach dem Absetzen des Lichtbogenzündsignals, wodurch ein Lichtbogen an der Schweißstelle ausgelöst werden kann.

22. Schweißvorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Lichtbogenzündsignal ein Signal von hoher Frequenz ist.

23. Schweißvorrichtung nach Anspruch 21, wobei der vorbestimmte Zeitraum annähernd 100 Millisekunden beträgt.

24. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der vorbestimmte Zeitraum zwischen annähernd 1 Millisekunde und 1000 Millisekunden liegt.