DE896099C - Verfahren zum selbsttaetigen Lichtbogenschweissen bei konstantem Schweissdrahtvorschub - Google Patents

Description

• Verfahren zum selbsttätigen Lichtbogenschweißen bei konstantem Schweißdrahtvorschub Für die verschiedenen selbsttätigen' Verfahren zur Lichtbogenschweißung werden stets Regeleinrichtungen verwendet, welche dahin wirken, daß bei dem Schweißvorgang ein quasistationärer Vorgang aufrechterhalten wird. Diese Vorrichtungen wirken entweder so, daß in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung der Draht oder die Stromstärke derart gesteuert werden, daß bei zu großem Lichtbogen eine schnellere Drahtförderung oder eine geringere Stromstärke eingestellt werden und umgekehrt, oder daß in Abhängigkeit von der Stromstärke der Drahtvorschub oder die Lichtbogenspannung derart gesteuert werden, daß bei steigender Stromstärke ein langsamerer Drahtvorschub erfolgt, so daß bei gleichzeitig steigender Lichtbogenspannung die Stromstärke wieder den normalen Wert annimmt und umgekehrt. Es ist auch ein Verfahren bekanntgeworden, um mit konstantem Drahtvorschub zu arbeiten, bei dem dann eine Spannungsregulierung in Abhängigkeit von der Stromstärke vorgenommen wird (USA.-Patentschrift 2:392436, Fig. 6). Ferner ist auch ein Verfahren angegeben worden, bei dem bei konstantem Drahtvorschub ohne jede zusätzliche Steuerung gearbeitet werden soll (USA.-Patentschiift 1392436, Fig. 7). Hierbei handelt es sich um eine Über-Compoundierung des Gleichstromerzeugers. Diese Anordnung ist jedoch falsch, da- sie einen stationären Schweißvorgang nicht ermöglicht. Ein solcher Schweißstromerzeuger wäre unstabil und Dicht kurzschlußsicher.
• Um bei konstantem Drahtvorschub ohne zusätzliche Steuerung eine selbsttätige Schweißung vornehmen zu können, ist es in erster Linie erforderlich, daß die Strom-Spannungs-Charakteristik im Arbeitsbereich fallend und praktisch linear verläuft, so daß bei Änderung der Lichtbogenspannung die Stromstärke entsprechend größer oder kleiner wird, um den Abbrand des Schweißdrahtes derart zu erhöhen oder zu verringern, daß sich die richtige Lichtbogenlänge wieder einstellt. Ähnliche Wirkungen lassen sich unter Umständen schon mit gewöhnlichen Schweißumspannem erzielen. Es hat sich aber gezeigt, daß hierbei störende Pendelungen auftreten, die zur Folge haben, daß die Schweißraupe an einigen Stellen stärker, an anderen Stellen schwächer wird, so daß sich eine befriedigende Qualitätsschweißung ohne eine zusätzliche automatische Regulierung der Schweißanlage nicht durchführen läßt.
• Nach der Erfindung wird jedoch die beobachtete Fähigkeit der Schweißstromquelle, insbesondere der Schweißumspanner, zu einer gewissen Selbstregulierung so verbessert, daß störende und praktisch bemerkbare Pendelungen nicht mehr auftreten. Dies läßt sich nämlich dann erreichen, wenn die Neigung der Strom-Spannungs-Charakteristik des betreffenden Schweißumspanners innerhalb des Arbeitsbereiches gerade so groß ist, daß z. B. bei sinkender Spannung, also bei zu langsamem Abbrand des Schweißdrahtes, die Stromstärke den Wert annimmt, der erforderlich ist, um so viel mehr an Schweißdraht abzuschmelzen, daß ohne merkliche Verzögerung wieder die richtige Lichtbogenlänge erreicht wird. Umgekehrt ist es auch erforderlich, daß bei länger werdendem Lichtbogen, also bei zu schnellem Abbrand des Schweißdrahtes, die Stromstärke um den Wert zurückgeht, der erforderlich ist, um so viel weniger Schweißdraht abzuschmelzen, daß ohne merkliche. Verzögerung wieder die richtige Lichtbogenlänge erreicht wird. Selbst -bei einem solchen Verfahren treten natürlich geringe Pendelungen ein. Diese Pendelungen brauchen aber nicht größer zu sein als bei den bekannten selbsttätigen Regelanlagen und können auf alle Fälle gering genug sein, um praktisch unbeinerkbar und ohne Nachteil für die Qualität der Schweißung zu sein.
• Demzufolge besteht die Erfindung darin, daß die Kennlinie des verwendeten Schweißumspanners im Arbeitsbereich in Abhängigkeit von dem Durchmesser d (nim) des Schweißdrahtes die Neigung hat, wobei die Werte für A zwischen 2o und 6o liegen und d, - 3 nim ist.
• Die vorstehende Gleichung zeigt, daß die Neigung der für eine Schweißung erforderlichen Strom-Spannungs-Charakteristik von der Stärke des Schwei& drahtes abhängig ist. Um also mit einem erfindungsgemäßen Schweißumspanner bei verschiedenen Drahtstärken arbeiten zu können, ist es erforderlich, die Streuung des betreffenden Umspanners ändern zu können. Alle erfindungsgemäß in Frage kommenden Strom-Spannungs-Charakteristiken haben ferner eine geringere Neigung als die der bekannten Schweißstromumspanner, und dies hat zur Folge, daß erfindungsgemäß Schweißumspanner eine verhältnismäßig hohe Kurzschlußstromstärke aufweisen. Um sowohl der Forderung nach veränderlicher Streuung der erfindungsgemäßen Schweißumspanner als auch der Forderung nach Kurzschlußsicherheit derselben Folge leisten zu können, bestehen zwei weitere Verfahrensschritte der Erfindung darin, daß der für eine bestimmte Drahtstärke erforderliche Spannungsabfall des Schweißurnspanners in an sich bekannter Weise durch Änderung der Streuung, z. B. durch verstellbaren Luftspalt, eingestellt und die Kurzschlußsicherheit, welche bei dem verhältnismäßig geringen Spannungsabfall nicht bestehen würde, durch die an sich bekannte Einschaltung einer Drosselspule in den Schweißstromkreis bewirkt wird.
• Da die Kurzschlußstromstärke erfmdungsgemäßer Schweißumspanner um so größer wird, eine je geringere Streuung eingestellt wird, so ergibt sich als weiterer Verfahrensschritt, daß mit sinkender Streuung des Schweißumspanners die Selbstinduktion der Drosselspule erhöht wird.
• Bei hochwertigen Schweißungen werden nun bekanntlich Schweißdrähte verschiedenster Legierungen verwendet. Es ist einleuchtend, daß ein streng fließender Siliziumdraht eine andere Streuung des Schweißumspanners erfordert als etwa ein leichtflüssiger Mangandraht. Es ergibt sich daher, daß_ die zuvor genannte Gleichung nur dann voll befriedigt, wenn ein normaler Schweißdraht, etwa mit den Legierungsbestandteilen: 1,8 0/, Mn, 0,3 0/, Si und 0,13 Oio C verwendet wird. Bei tiefer schmelzenden Schweißdrahtlegierungen muß zweckmäßigerweise die Streuung des Umspanners etwas kleiner, bei höher schmelzenden Schweißdrähten dagegen größer sein. Ein weiterer Verfahrensschritt der Erfindung besteht demzufolge darin, daß die Kennlinie ödes Schweißumspanners in Abhängigkeit von dem Schmelzpunkt der jeweils verwendeten Schweißdrahtlegierung derart verändert wird, daß ist, wobei der Wert für h in der Regel zwischen 0,5 und 2 liegt, und zwar für eine Legierung mit dem Schmelzpunkt 1490' C (z. B. 3,5 % Mn, o,-- 0/, Si, 0,13 0/, C, Rest Fe) den Wert 0,5, für eine Legierung mit dem Schmelzpunkt 1510' C (z. B. iß 0/, Mn, 0,3 % Si, OJ3 0/, C, Rest Fe) den Wert i und für reines Eisen mit dem Schmelzpunkt 1530' C den Wert 2 annimmt. Die Werte von h für Legierungen mit anderen Schmelzpunkten lassen sich durch Interpolation oder Extrapolation ermitteln.
• Es ist hierbei zu beachten, daß den angegebenen Schmelztemperaturen nur ein kennzeichnender Wert zu-kommt. Das Wesentliche ist die mit steigendem Manganzusatz abnehmende Zähflüssigkeit des Schweißmaterials, durch die das Schweißen, d. h. der Übergang des abgeschmolzenen Schweißmaterials zum Werkstück, sehr erleichtert wird. Statt großer, sich schwer ablösender Tropfen bilden sich dabei vermutlich kleinere Tröpfchen bis zu einem sprühartigen Materialtransport. je gleichmäßiger aber der Materialübergang ist, um so geringer sind die Stromschwankungen beim Schweißen und um so schwächer kann dann auch die regulierdnde Komponente des Schweißtransformators sein, was durch die vorstehende Gleichung zum Ausdruck kommt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i.
2. Verfahren zur elektrischen Schweißung mit offenem oder verdecktem Lichtbogen mit konstanter Zuführungsgeschwindigkeit des Schweißdrahtes zur Schweißstelle und mit selbsttätiger Regelung der Schweißstromstärke in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung unter Anwendung von Schweißumspannern hoher Streuung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des Schweißumspanners im Arbeitsbereich in Abhängigkeit von dem Durchmesser d (mm) des Schweißdrahtes die Neigung hat, wobei dieWerte fürA zwischen 2o und 6o liegen und d,) - 3 mm ist. 2.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der für eine bestimmte Drahtstärke erforderliche Spannungsabfall des Schweißumspanners in an sich bekannter Weise durch Änderung der Streuung, z. B. durch verstellbaren Luftspalt, eingestellt und die Kurzschlußsicherheit, welche bei dem verhältnismäßig geringen Spannungsabfall nicht bestehen würde, durch eine an sich bekannte Einschaltung einer Drosselspule in den Schweißstromkreis bewirkt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i und ?, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstinduktion der Drosselspule mit sinkender Streuung des Schweißumspanners erhöht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des Schweißumspanners in Abhängigkeit von dem Schmelzpunkt der jeweils verwendeten Schweißdrahtlegierung derart verändert wird, daß ist, wobei der Wert für h in der Regel zwischen o,5, und 2 liegt, und zwar für eine Legierung mit dem Schmelzpunkt 1490' C (z. B. 3,5 0/, Mn, o,2 0/, Si, OJ3 % C, Rest Fe) den Wert 0,5, für eine Legierung mit dem Schmelzpunkt 1510' C (z. B. iß 0/,) Mn, 0,3 ()/o Si, 0,13 % C, Rest Fe) den Wert i und für reines Eisen mit dem Schmelzpunkt 1530' C den Wert 2, annimmt, während die Werte von k für Legierungen mit anderen Schmelzpunkten durch Interpolation oder Extrapolation zu ermitteln sind.