DE8717257U1

DE8717257U1 - Vorrichtung zum Auftragschweißen sowie zur Instandhaltung metallischer Oberflächen

Info

Publication number: DE8717257U1
Application number: DE8717257U
Authority: DE
Original assignee: Castolin Sa Lausanne-St Sulpice Waadt/vaud Ch
Current assignee: Castolin Sa Lausanne-St Sulpice Waadt/vaud Ch
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1989-01-05
Also published as: FR2612101A1; FR2612101B1; CH676340A5

Description

CB-128/X

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Die Erfindung betfifft eine vorrichtung zürn Erzeugen eiries Schweißetirömes mit äüsgangsseitigen, einem gleichgerichteten Gfundgleichstrom überlagerten Impulsen, Diese Vorrichtung soll bei Veffahfen zum Aüftfagsschweißen und zur Instandhaltung metallischer Oberflächen mittels eines abschmelzenden höhlen Schweißdfahtes unter Verwendung eines schweißgefätes zur Erzeugung eines Lichtbogens eingesetzt werden können*

Fur das Gebiet des Auftragsschweißens und Reparaturschweißens hat sich als Wäfmequelle der elektrische Lichtbogen für das Schmelzschweißen durchgesetzt. Die Schweißstelle wird dabei örtlich efhitzt, bis der Werkstoff zusammenfließt* Der Lichtbogen brennt zwischen dem Werkstück und einer abschmelzenden Schweißelektrode — oder einer nicht abschmelzenden Kohle- oder Edelmetallelektrode —■ bzw. zwischen mehreren nicht abschmelzenden Elektroden. Beim Auftragsschweißen wird überlicherweise gleicher Zusatzwerksfeöff zum Ausbessern von Werkstücken

eingeschmolzen oder hochwertigerer Werkstoff als Schutzauftrag gegen Korrosion, Verschleiß od.dgl. aufgebrachte

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Eu finden Lichtbögenschweißgeräte VefWendüng, bei denen einem konventionellen Und niit Drehsürom arbeitenden SchWöißgerterateör ein HOchf reqUenz=impülsstrOifn aufgedrückt Wird, der Von einer Schaltung aus Transistoren Und Süetief kreisen erbfacht wird; Dieses Vofbekannte Lichtbogenschweißgerät verwendet einen mit hoher Frequenz pulsierenden Strom, der insbesondere höhet* als 1 kHz liegü, mit einem schaltelement, welches zu einer Schweißläst parallel geschaltet ist und zwar zwischen die Schw'sißslsklirods sowie das zu sc-hwSioefide Werkstück*

Ein zweites Schaltelement ist in Reihe zur Schweißlast geschaltet. Dadurch werden beide Schaltelemente in Verbindung miteinander so betätigt _t daß ein schnelles Steigen und Abfallen des hochfrequenten Impulsstromes gegeben ist, wobei die Differenz zwischen dem maximalen Gipfelweft und dem minimalen Gipfelwert zur Verbesserung des Schweißeffektes angehoben wird. Dieses vorbekannte Getfät ist für allgemeine Schweißvorgänge gedacht, nicht aber für das abgegrenzte Gebiet des Auftrags- und Repafaturschweißens.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das" Ziel gesetzt, eine Optimierung von Schweißvorgängen auf dem Gebiete des Auftrags- und Reparaturschweißens zu schaffen und insbesondere zu ermöglichen, daß ein problemloses Schweißen unabhängig von den Zugriffsmöglichkeiten zum Werkstück und der Arbeitslage des Schweißpersonales erfolgen kann. Die durch diese Zielsetzung entstehenden Vorteile sind weiter unten näher erörtert.

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Der Erfindung liegt der grundsätzliche Gedanke zugrunde/ den mit Pulver gefüllten sog. Röhrcherischweißdraht eines· AUßendürchmessers zwischen 0/8 Und 2/S mm, insbesondere 1,2 und 1,6 iratij mittels eines Gleichstroms zU schmelzen, der sich aus einem Gfundstfom und einem diesen überlagernden und im Maximum fünffach höheren zusatzstrom zusammensetzt, welch letzterer oberhalb des Gründströmes eine periodisch auftretende Charakteristik erzeugt und dessen Frequenz zwischen 1 und 25 Eiz liegt. Dazu hat es sich als günstig erwiesen, daß der Grundstrom unter 1ÖÖ Ampere liegt.

Sogenannte Rohrchenschweißdrähte sind mit verhältnismäßig starkem Durchmesser an sich bekannt* Der Einsatz sehr dünner Schweißdrähte mit engem kanalartigem Innenraum und diesen füllenden chemischen Bestandteilen aber erlaubt erst die umfassende Losung der vorgegebenen Aufgabe. Die chemische Zusammensetzung des Pulvers führt zu einer Beschleunigung des Schweißvorganges, einer optimalen Deoxydation und Entgasung sowie zu einer festen metallischen Bindung.

Als günstig- hat sich ein solcher dünner Hohlschweißdraht insbesondere dann erwiesen, wenn er aus einer Legierung mit etwa 19 Gewichts-% Chrom und etwa 10 Gewichts-% Nickel auf Eisenbasis hergestellt ist.

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im Rahmen der Erfindung zeichnet sich die dafür vorge-

sehene Vorrichtung durch einen Schweißstromgenerator zur

Erzeugung des genannten Gleichstromanteils sowie eine zusätzliche impulsstromquelle aus, deren Leeriaufaus= gängsspannung pulsförmig ist mit eiföer Pulshöhe, die größer ist als die Leerlaufausgangsspäfinung des genannten Schweißstromgenerators. Die Vorrichtung weist zudem eine mit der impulsstromquelle gekoppelte Steuereinrichtung auf derart, daß in der impulsstromquelle zur Erzeugung jedes Schweißstromimpulses jeweils eine Reihe von Ausgangsspannungspulen auftritt, daß die Ausgangskreise des Schweißstromgenerators sowie der Impulsstromquelle je eine Gleichrichterschaltung aufweisen und daß diese Ausgangskreise parallel zueinander geschaltet sind.

Außerdem hat es sich als günstig erwiesen, daß die Leerlaufausgangsspannung des Schweißstromgenerators eine netzfrequente Ein- oder Mehrphasenspannung ist und/oder die Impulsstromquelle eine Leerlaufausgangsspannung mit einer Pulsfolgefrequenz unterhalb 50 kHz besitzt. Die Pulsfolgefrequenz liegt bevorzugt im Ultraschallbereich.

Die erfindungsgemäße impulsstromquelle ist als selbständig verwendbarer, zur Lieferung eines Gleichstroms bzw, eines Gleichstromanteils mit überlagerten strompulsen geeigneter Schweißstromgenerator ausgebildet.

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Dazu wird ein dünner Hohl-schweißdraht eingesetzt, der etwa aus einer Legierung mit etwa 19 Gew.-% Chrom und etwa 10 Gew.-% Nickel auf Eisenbasis hergestellt

ist. Dieser schweißdraht wird aus einem rinnenartig j

vorgeformten dann mit dem Pulver befüllten und anschließend geschlossenen Metallband hergestellt, wobei die Pulverfüllung im Durchschnitt etwa 25 Gewichts-%

beträgt und aus folgenden Bestandteilen besteht: g

1 7 % Mo I

3 % Fe I

5 % Zri)2

2 % Mn '■

3 % Or j 3 % Si

1 % K
1 % Al.

Diese Angaben zeigen — wie auch die nachfolgenden — die Größenordnungen, von denen in üblichen Toleranzgrenzen abgewichen werden kann Rin anderes Ausführungsbeispiel enthält einen höhlen Schweißdraht, aus einem unlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,1 %, Die bevorzugte Füllung setzt sich hier zusammen aus

3 % Ti

10 % Fe

1 % Al

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3 I CäF2

3 % Mn.

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j Während des Schweißvorganges werden vom Schweißdraht j

durch oszillierende Schweißströme in kontrollierten Intervallen mit vorgegebenem Rhythmus kleinste Tropfen bei niedrigem Kurzschlußst rom abgelöst.

Die Oszillation des Schweißstromes, welche die kontrollierte steuerung der Tropfenablösung in feinsten Tropfen und deren Transport ermöglicht, ist von wesentlicher Bedeutung. Das Aufbringen der Tropfen in Intervallen erlaubt den zwischenzeitlichen Abzug von Wärme und unterbindet damit eine örtliche üeberhitzung.

Hierzu hat es sich als günstig erwiesen, die oberhalb des Grundstromes periodisch auftretende Charakteristik des Zusatzströmes sägezahnförmig auszubilden, wobei bevorzugt die Breite der periodisch auftretenden Zähne am Grundstrom im Verhältnis zum Abstand des Polgezahnes zwischen eins und zehn liegt.

Die vom Erfinder gesehene Aufgabe einer freien Wahl der Schweißposition bzw. schweißrichtung — also deren Unabhängigkeit von der Lage des Werkstückes — wird durch die Erfindung gewährleistet; der gesteuerte Tropfentransport erlaubt in der Praxis ein Schweißen gegen die Schwerkraft ohne ungewolltes Zersprühen in Richtung auf das schweißgerät. Man arbeitet mit verhältnismäßig geringem Wärmeaufkommen und vermindert gegenüber dem Stande der Technik die thermische Ueberbeanspruchung des zu behandelnden Gegenstandes beispielsweise durch ungewollte Formveränderung.

Als weitetet Vorteil ist anzusehen, daß eine geringe Diffusion in den Bagiswefkstoffen entsteht und eine Verfestigung brüchiger Zonen,

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Es ist möglich, die Schweißgeschwindigkeit selbst zu erhöhen und dies bei der Erzeugung besonders günstiger Oberflächen. So kann etwa die Schweißlichtbogen-Spannung von beispielsweise 25 V und weniger mit leicht ionisierbareß Zusätzen des Pulvers stabilisiert werden. Letzteres enthält Kohlenstoffanteile in einer Menge von mehr als 1 Gew.-%.

Es handelt sich im wesentlichen um eine Kombination aus dem Schweißverfahren und den damit zu verarbeitenden Hilfsmitteln. Von Bedeutung ist die Steuerung der Schweißströme dnrch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Diese ist auf 380 V Eingangsspannung ausgelegt, wobei ein System bevorzugt wird mit einer primärgetakteten Grundeinheit und einer Leistung von 200 A bei umschaltbarer Charakteristik von "normal" über "hoch OAV" bis "konstant V". Zur Schweißstromoszillation ist erfindungsgemäß ein Modulator eingebaut.

Um eine höhere Leistungsreserve zu erhalten, werden erfindungsgemäß zwei dieser Geräte baulich sowie elektronisch kombiniert, wodurch eine bessere Nutzung der Primairenergie erfolgt; beide Teile arbeiten im gesteuerten Taktverfahren ohne Leerlaufzeiten bei voller Leistung.

Die Steuerung geschieht erfindungsgemäß durch einen in das Gerät integrierten Rechner, so daß die Gerätehandhabung sehr vereinfacht ist.

CE-I 28/X 12

im Rahmen der Erfindung zeichnet sich die dafür vorgesehene Vorrichtung durch einen Schweißstromgenerator zur Erzeugung des genannten Gleichstromanteils sowie eine zusätzliche Impulsstromquelle aus, deren Leerlaufausgangsspannung pulsförmig ist mit i-iner Pulshöhe, die größer ist als die Leerlaufausgangsspannung des genannten Schweißstromgenerators- Die Vorrichtung weist zudem eine mit der Impulsstromquelle gekoppelte Steuereinrichtung auf derart, daß in der Impulsstromquelle zur Erzeugung jedes SchweißStromimpulses jeweils eine Reihe von Ausgangsspannungspulen auftritt, daß die Ausgangskreise des Schweißstromgenerators sowie der Impulsstromquelle je eine Gleichrichterschaltung aufweisen und daß diese Ausgangskreise parallel zueinander geschaltet sind.

Außerdem hat es sich als günstig erwiesen, daß die Leerlaufausgangsspannung des SchweißStromgenerators eine netzfrequente Ein- oder Mehrphasenspannung ist und/oder die Impulsstromquelle eine Leerlaufausgangsspannung mit einer Pulsfolgefrequenz unterhalb 50 kHz besitzt. Die Pulsfolgefrequenz liegt bevorzugt im ültraschallbereich.

Die erfindungsgemäße Impulsstromquelle ist als selbständig verwendbarer, zur Lieferung eines Gleichstroms bzw* eines Gleichstromanteils mit überlagerten Strompulsen geeigneter Schweißstromgenerator ausgebildet.

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CE-128/X 13

Weitere Vorteile/ Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevofzugter Äusführungsbeispieie sowie anhand der Zeichnung} diese zeigt in

Fig* 1, 2 zwei Strömzeitdiagramme in schematischer Wiedergabe;

Fig* 3&iacgr; ein Blockschaltbild;

Fig. 4: eine Schrägsicht auf einen teilweise geschnittenen Schweißdraht in vergrößerter Dar^ Stellung.

Mit · einer insgesamt nicht weiter wiedergegebenen Schweißanordnung für das Auftragsschweißen wird gemäß Fig. 1 über einem — über der Zeit aufgetragenen — Grundstrom S einer Höhe e ein sägezahnförmiger Zusatzstrom einer Hohe h mit Oszillationsspitzen H (Kollektorstrom in Ampere A) erzeugt. Die am Grundstrom S gemessene Breite b einer dieser periodisch auftretenden Zähne Z als Charakteristiküm des Zusatzstromes liegt im Verhältnis zum Abstand a des Folgezahnes zwischen eins und zehn. *

Diese Schweißanordnung enthält einen Gleichstromschweißgenerator 10. Im Sekundärkreis eines Transformators 12 ist in Fig. 2 ein Gleichrichter 14 zu erkennen. Letzerer ist über eine — einen Regelwiderstand 16 enthaltende — Leitung 18 mit einer Anschlußklemme 20 sowie über eine Leitung 19 mit einer anderen Anschlußklemme 21 (Minuspol) verbunden, an welchen Gleichstrom angelegt ist.

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Ah die Leitungen 18, 19 ist durch Leitungen 23, 24 ein zweite? Gleichrichter 26 angeschlossen, zwischen dem und einer Transistorschaltung 30 ein Transformator 28 angeordnet ist. Letztere ist Teil einer Intpulsstromquelle, die beispielsweise äüs einem 220 V Ein»hasennetz gespeist wird. Ein Netzgleichfichter 32 lädt einen Kondensator 34 auf und speist jene Transistorschaltung 30* Diese ist so ausgebildet, daß sie in ihrem Aüsgangskreis Spannungsimpülse von einer vorzugsweise im Ultraschallbereich liegenden Frequenz beispielsweise 25 kHz erzeugt, wobei das Tastverhältnis bei etwa 45 % liegen kann. Die Spannungsimpulse am Ausgang der Transistorschaltung 30 werden dem Transformator 28 zugeführt, in dessen Sekundärkreis jeder Gleichrichter 26 liegt.

Da die Ausgangsklemmen des Gleichrichters 26 an die Anschlußklemmen 20, 21 des SchweißStromgenerators 10 angeschlossen sind, sind also beide Ausgangskieise zueinander parallel geschaltet- Eine Steuereinrichtung 38 fur jene Impulsstromquelle wird ihrerseits von einer Regeleinrichtung 40 gesteuert, mit welcher insbesondere die Amplitude bzw. der Amplitudenverlauf der Spannungsimpulse am Ausgang der Transistorschaltung 30, sowie deren Frequenz, das Tastverhältnis und die Wiederholungsfrequenz der resultierenden Stromimpulse bzw. deren Auftreten, bestimmt werden können«

Diese Anordnung liefert über die Anschlußklemmen 20_r 21 einerseits eine vom Schweißgenerator 10 erzeugte Gleichstromkomponente gewünschter Höhe und anderseits eine Impulsstromkomponente, die von jener Impulsstromquelle

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ausgeht und durch Spannungsimpulse Relativ großer Höhe sowie einer im ültraschailbeteich liegenden Pülsfolge-^ frequenz erzeugt wifd. Die überlagerten Schweißstromimpülse können äuröh äis hehen spannungsspitzen die gewühächte steile Anstiegsflänke anbieten.

Fig. 3 zeigt einen für das Auftragsschweißen zu verwen-= dendön Schweißdraht 50 eines Durchmessers d von etwa 1 ,2 mm bis 1,6 mm mit einem kanalartigen Innenraum 51, der aus einer Legierung auf Eisenbasis mit etwa 19 Gew.-% Chroil und etwa 10 Gew.-% Nickel hergestellt sowie mit einem chemischen Gemisch 52 folgender Zusammensetzung gefüllt ist:

7 % Mo
3 % Fe
5 % zrO2

2 % Mn

3 % Or
3 % Si
1 % K

1 % Al.

Claims

CE-128/X ANSPRUE CHE

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines schweißstromes mit ausgangsseitigen, einem gleichgerichteten Grundgleichstrom überlagerten impulsen,

dadurch gekennzeichnet,

daß zum Erzeugen eines gleichgerichteten Grundstroms ein Gleichstrom-Schweißgenerator (10) und zum Erzeugen eines überlagernden Zusatzstromes eine zusätzliche eigene Stromquelle dient, die als zur Lieferung eines Gleichstroms bzw. eines Gleichstromanteils mit überlagernden Stromimpulsen geeigneter Schweißstromgenerator ausgebildet ist, wobei die Ausgangskreise des Gleichstrcs-Schweißgenerators und der Zusatzstromquelle je eine Gleichrichterschaltung (14 bzw. 26) aufweisen und parallel zueinander geschaltet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstromquelle einen Netzgleichrichter (32) aufweist, zu dem ausgangsseitig ein Kondensator (34) parallel geschaltet ist und der eine von einer Steuereinrichtung (38) gesteuerte Transistorschaltung (30) speist, mit der in ihrem Ausgangskreis die Spannungsimpulse erzeugbar sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißgenerator der Zusatzstromquelle aus dem 220V-Einphasennetz gespeist ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse am Ausgang der Transistorschaltung (30) einem Transformator (28) zugeführt werden, in dessen Sekundärkreis die Gleichrichterschaltung (26) liegt, und daß die Steuereinrichtung

% (38) ihrerseits von einer Regeleinrichtung (40) ge-

steuert wird, insbesondere zum Bestimmen der Ampli-

! tude der Frequenz und der gleichen der Spannungsim-

% pulse am Ausgang der Transistorschaltung.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufausgangsspan-

_&lgr; nung des Schweiß st romg er.erator s (10) eine netzfre-

quente Ein- oder Mehrphasenspannung ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsstromquelle eine Leerlaufausgangsspannung mit einer Pulsfolgefrequenz unterhalb 50 kHz besitzt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pülsfölgefrequenz im Ultraschallbereic*. liegt.

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