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Verfahren zum Lichtbogen-Schweißen Die Erfindung betrifft ein Lichtbogen-Schweißverfahren
sowie eine Anordnung und Schaltung zur Ausübung dieses Verfahrens, und zwar handelt
es sich um eine Fortentwicklung der Erfindung nach dem Patent 896 097. Der Grundgedanke
des Hauptpatents besteht darin, daß außer dem durch die Elektrode erzeugten Feld
mittels elektrischer Leiter ein zusätzliches regelbares magnetisches Gegenfeld,
hier Steuerfeld genannt, erzeugt wird, das den Lichtbogen beeinflußt und ihn in
Richtung auf die Schweißnaht hin lenkt. Diese Lichtbogen-Schweißanordnung und das
damit auszuübende Schweißverfahren sind insbesondere zum Rundschweißen an Stahlrohren
geeignet.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Schweißanordnung nach
dem Hauptpatent und das damit auszuübende Schweißverfahren noch weiter zu verbessern,
um eine völlig einwandfreie, auch die Wurzel der Schweißnaht zuverlässig erfassende
Schweißraupe gleichmäßiger Beschaffenheit herzustellen. Dieses verbesserte Verfahren
macht ebenfalls von dem eingangs angegebenen Grundgedanken Gebrauch, ein zusätzliches
Steuerfeld zu erzeugen, das den Lichtbogen beeinflußt und ihn in Richtung auf die
Schweißnaht hin lenkt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Stärke dieses
Steuerfeldes in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung bzw. dem Lichtbogenstrom
und/oder vom Ort des Lichtbogens geregelt wird.
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Bei den bekannten Verfahren, die ein zusätzliches, regelbares Magnetfeld
zur Beeinflussung des Lichtbogens verwenden, wird die Stärke des Zusatzfeldes in
Abhängigkeit von der bei der betreffenden Schweißung benötigten Schweißstromstärke
auf
einen günstigen Wert eingestellt. Bestenfalls ist es auch möglich,
unter Beobachtung des Schweißvorganges die Stärke des Zusatzfeldes während des Schweißens
von Hand nachzuregeln. Hierbei aber hängt die Güte der hergestellten Schweißraupe
von der Zuverlässigkeit der subjektiven Beobachtung ab. Nicht anwendbar waren infolgedessen
die bekannten Verfahren bei Schweißungen, bei denen eine ummantelte Elektrode in
oder auf der Schweißfuge liegt und nach oben durch eine Deckplatte abgedeckt ist,
wobei diese Elektrode nach Zündung an einem Ende fortlaufend unterhalb der Abdeckplatte
abschmilzt. Auch eine vorherige Einstellung einer als günstig erprobten mittleren
Stärke des Zusatzfeldes kann hier nicht Abhilfe schaffen, weil die Verhältnisse
sich längs der Schweißnaht ändern können. Auch spielt, beispielsweise bei Rundschweißung,
die räumliche Lage der jeweiligen Schweißstelle eine Rolle. Demgegenüber ermöglicht
es das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, eine wirklich einwandfreie und zuverlässige
Schweißraupe zu erzielen, indem eine ständige Nachregelung vorgenommen wird, die
von der subjektiven Beurteilung durch den Schweißer unabhängig ist und auch dann
Anwendung finden kann, wenn der Schweißvorgang nicht sichtbar ist. Diese Aufgabe
also ist durch die vorliegende Erfindung gestellt und gelöst worden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann für elektrische Lichtbogenschweißungen
jeder Art und Form Anwendung,finden, beispielsweise für beliebige gerade oder gekrümmte
Schweißnähte. Seine besondere Bedeutung liegt aber in der Anwendung auf Schweißungen
mit in die Schweißnaht eingelegterElektrode, insbesondere für dieAusführung von
Rundschw eißungen. Es sind gerade bei diesen Verfahren, bei denen bisher bei größeren
Wandstärken ein guter Wurzeleinbrand, vor allem in Zwangslage, überhaupt nicht möglich
war, die Vorteile der Erfindung ganz besonders ersichtlich. Im übrigen ist in der
nachfolgenden Beschreibung insbesondere auf die Regelung des Steuerfeldes der Rundschweißanordnung
nach dem Hauptpatent Bezug genommen, da alle dort beschriebenen Anordnungen und
Maßnahmen durch Anwendung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung wesentlich
verbessert werden.
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Es ist bekannt, daß der Kohle- oder Metallichtbogen wie ein stromdurchflossener
Leiter der Kraftwirkung magnetischer Felder unterliegt. Hierauf beruht die meist
als störend empfundene Blaswirkung beim Schweißen, bei der es sich um die ablenkende
Wirkung des vom Stromfluß durch Kathode, Lichtbogenstrecke und Anode erzeugten elektromagnetischen
Eigenfeldes auf die Lichtbogenrichtung handelt. Während bei geradlinigen Strombahnen
aus Symmetriegründen keine Kraftwirkung auf den Leiter ausgeübt wird, entsteht bei
einer Krümmung der Bahn eine Verdichtung des Eigenfeldes auf der Seite des Krümmungsmittclpunktes,
wodurch eine Kraftwirkung in entgegengesetzter Richtung ausgeübt wird, derartig,
daß ein gekrümmter, biegsamer Leiter das Bestreben hat, sich geradezurichten. Eine
Blaswirkung entsteht z. B. dann, wenn der Schweißstrom in Nähe des Lichtbogens eine
gekrümmte Bahn durchläuft, wie es der Fall ist, wenn nahe beim Anschluß des Massekabels
geschweißt wird. Andererseits wird die magnetische Wirkung des Eigenfeldes benutzt,
um den Lichtbogen, der in Verlängerung der Elektrodenachse austritt, durch Änderung
der Elektrodenrichtung beliebig zu lenken, um dadurch z. B. der unerwünschten Blaswirkung
entgegenzuwirken.
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Wird jedoch mit fest aufliegender Elektrode geschweißt, dann ist die
Steuerung des Lichtbogens durch Änderung der Elektrodenrichtung selbstverständlich
nicht möglich, so daß der Steuerung des Lichtbogens durch das Eigenfeld sehr enge
Grenzen gesetzt sind.
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Diesen Nachteil beseitigt die Erfindung nach dem Hauptpatent.durchdieEinführung
eines zusätzlichen Steuerfeldes, das von einem stromdurchflossenen Leiter erzeugt
wird, der den zu schweißenden Eisenkörper zu beiden Seiten der Schweißnaht ein oder
mehrmals spulenförmig umschließt, so daß die im Eisenkörper senkrecht zur Schweißnaht
verlaufenden magnetischen Kraftlinien mit den Amperewindungen des Leiterfeldes verkettet
sind. Durch diese Verkettung wird erreicht, daß die das Gegenfeld bzw: Steuerfeld
erzeugenden Stromleiter oder Spulen bei qualitativ gleichbleibender Wirkung nicht
mehr in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens bzw. der Elektrode zu liegen brauchen
und daß im Luftspalt oder in einer Aussparung der zu verbindenden Werkstückkanten
beliebig starke Steuerfelder unabhängig vom Schweißstrom erzeugt werden können.
Damit ist die Möglichkeit gegeben, auch bei fest aufliegender Elektrode den Lichtbogen
so zu lenken und zu beeinflussen, daß gewisse schweißtechnisch geforderte Wirkungen,
wie z. B. eine bestimmte Einbrandtiefe, mit beliebiger Genauigkeit erreicht und
eingehalten werden können.
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Die Erfindung benutzt die an sich bekannte Tatsache, daß die Lichtbogenspannung
mit der Lichtbogenlänge zunimmt, zur selbsttätigen Regelung von Lichtbogenlänge
und Einbrarndtiefe.
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Durch zahlreiche Schweißversuche wurde festgestellt, daß bei zunehmender
Einbrandtiefe, hervorgerufen durch fortlaufende Verstärkung des Steuerfeldes, Länge
und Spannung des Lichtbogens abnehmen. Es wurde an Stahlrohren die Einbrandtiefe
in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung und der Lage .des Lichtbogens am Rohrumfang
ermittelt, mit dem Ergebnis, daß z. B. für eine gewisse Einbrandtiefe und Form der
Schweißraupe, wie sie für eine V-Naht mit guter Wurzelbildung erforderlich ist,
die Lichtbogenspannung im Verlauf einer Halbrundschweißung bei einer bestimmten
Elektrodenstärke Werte zwischen 18 und 25 V annimmt.
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Da der zunächst offene Luftspalt der Schweißnaht mit fortschreitender
Bildung der Schweißraupe sich immer mehr schließt, ist zur Erzeugung einer gleichbleibenden
Feldstärke im Luftspalt bei nicht eisengeschlossenem Kreislauf der magnetischen
Kraftlinien eine laufende Erhöhung der Erregerstromstärke für das Steuerfeld nötig,
da
immer mehr Kraftlinien über den sich schließenden Spalt abgesaugt
werden. Diese Erscheinung bedingt, daß die Gesamtfeldstärke und damit die Erregerstromstärke
bei den üblichen V-.Naht-Spaltbreiten etwa im Verhältnis i : io bis i :5o regelbar
sein muß.
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Die gleichbleibende Stärke des im Luftspalt auf den Lichtbogen wirkenden
Ablenkfeldes kann anstatt durch die zeitliche Veränderung des Erregerstromes auch
durch eine räumliche Beeinflussung des Kraftlinienverlaufes erzwungen werden.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens sind in den Zeichnungen
verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Abb. i ist über die Windungen i des mit gleichbleibender Stromstärke gespeisten
Steuerfeldes ein Anker :2 gelegt, so daß ein vorwiegend eisengeschlossener magnetischer
Kreis mit dem zeitlich veränderlichen Luftspalt der Schweißnaht entsteht. In einer
solchen Anordnung nimmt bekanntlich bei gleichbleibender Erregung die Gesamtinduktion
mit kleiner werdendem Luftspalt zu. Durch besondere Anordnung des Ankers am Rohrumfang
sowie durch besondere Ausbildung der Polschuhe 3 und des durch unmagnetische Auflagen
erzwungenen Polschuhluftspaltes .4 wird erreicht, daß die absaugende Wirkung der
sich immer mehr schließenden Schweißnaht durch die gleichzeitig auftretende Erhöhung
der Gesamtinduktion am Ort des Lichtbogens ausgeglichen wird, so daß die Lichtbogenablenkung
konstant bleibt. Hierbei wird also ein Ausgleich allein durch die Bemessung des
Ankers und der ganzen Anordnung mittels der dadurch sich ergebenden Feldverteilung
erzielt, so daß man in vielen Fällen auch ohne die Regelung dieses zusätzlichen
Feldes in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung auskommen kann.
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Für das Verfahren der zuerst aufgeführten, zeitlichen Veränderungen
des Erregerstromes bei nicht eisengeschlossenem magnetischem Kreis besteht das Wesen
der Erfindung darin, daß die laufend gemessene Lichtbogenspannung, als Maß für die
Einbrandtiefe, über einen Regler die jeweilige Stärke des für das Steuerfeld benötigten
Erregerstromes steuert, indem der gemessene Istwert fortlaufend mit dem jeweiligen
Sollwert der Spannung verglichen wird, wobei die Differenz dieser beiden Werte auf
an sich bekannte Weise die Stellung des Reglers verändert, und zwar derart, daß
z. B. bei einer Spannungserhöhung der Erregerstrom verstärkt wird. An Stelle der
selbsttätigen Steuerung mittels eines Reglers ist auch die Handregelung möglich,
wobei der Erregerstrom z. B. mittels eines handbetätigten, veränderlichen Widerstandes
bei fortlaufender Beobachtung eines die Schweißspannung anzeigenden Voltmeters ständig
so geändert wird, daß die Spannung sich dem jeweiligen Sollwert nähert.
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Für die Schaltung des Steuerfeldes gibt es mehrere Möglichkeiten.
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Die Schaltungsanordnung nach Abb.2 arbeitet mit Fremderregung. Die
Energie wird durch eine beliebige Gleichstromquelle, wie beispielsweise eine Sammlerbatterie,
eine Dynamomaschine oder einen Gleichrichter, geliefert. Das Steuerfeld wird durch
ein Spulenpaar 6 erzeugt, das symmetrisch zu beiden Seiten der Schweißnaht über
die zu verbindenden Rohrenden geschoben wird.
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Die Anordnung nach Abb. 3 arbeitet mit Eigenerregung parallel zum
Lichtbogen. Das schon erwähnte Spulenpaar 6 wird von der Schweißmaschine 7 gespeist,
wobei diese Spulen also parallel zum Lichtbogen geschaltet sind.
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Eine andere Form der Eigenerregung, und zwar in Reihe mit dem Lichtbogen,
zeigt Abb. ,4. Hier wird der Schweißstrom über einen regelbaren niederohmigen Doppelwiderstand
ä, der auch durch einen Verstellmotor angetrieben werden kann, in zwei Zweige geteilt,
von denen ein Stromzweig 9 direkt zur Schweißstelle geleitet wird, während der andere
Stromzweig io, wie im Patent 896 097 beschrieben, in zwei oder mehr Windungen
eines starken Kabels symmetrisch zur Schweißstelle um das Rohr herumgeführt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß das Steuerfeld praktisch ohne Beeinflussung der Stärke
des Schweißstromes in weiten Grenzen stetig verändert werden kann. Diese Anordnung
eignet sich vorwiegend für Handregelung.
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Erwähnt sei, daß auch eine Kombination der Schaltungsanordnungen nach
Abb.2 und 3 mÖglich ist, und zwar derart, daß eine Gleichstromquelle, z. B. Sammlerbatterie
mit beliebig wählbarer Spannung, mit der vom Schweißgenerator kommenden Spannung
in Reihe geschaltet wird, so daß der von der Schweißspannung erzeugte Erregerstrom
die Batterie durchfließt, wobei zur Erzielung besonderer Wirkungen die Batteriespannung
nicht nur größer oder kleiner, sondern auch gleich- oder entgegengesetzt zur Schweißspannung
gerichtet sein kann.
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Während die Fremderregung von den Schwankungen des Schweißstromes
nicht unmittelbar beeinflußt wird, ist dies bei den verschiedenen Arten der Eigenerregung
der Fall, und zwar wirkt sich eine Erhöhung der Schweißstromstärke bei der Parallelschaltung
als Verminderung, bei der Reihenschaltung als Verstärkung des Steuerfeldes aus.
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Ändert sich die Stärke des Steuerfeldes, dann hat der Lichtbogen das
Bestreben, seine Länge zu ändern, bis zwischen der Wirkung des Eigenfeldes und der
des Steuerfeldes wieder Gleichgewicht besteht. Dies geht mit einer gewissen Verzögerung
vor sich, so daß bei einer plötzlichen Änderung des Steuerfeldes der Lichtbogenfußpunkt
am Werkstück erst nach einer gewissen endlichen Zeitdauer seine neue Gleichgewichtslage
erreicht. Hierdurch kann, insbesondere bei selbsttätiger Regelung, leicht ein Überregeln
eintreten, was meist ein Pendeln des Regelkreises verursacht.
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Bekanntlich wird eine selbsttätige Regelung des Lichtbogens, insbesondere
bei der im Lichtbogen schmelzenden Metallelektrode, durch die plötzlichen Strom-
und Spannungsänderungen wegen des unstetig verlaufenden Werkstoffüberganges und
aus anderen, bisher noch unbekannten Ursachen sehr erschwert. Die so in unregelmäßigen
Zeitabständen
und in wechselnder Intensität auftretenden, mehr oder
weniger kräftig wirkenden Störungen lassen sich durch mechanische Regler oft nicht
wirksam genug ausgleichen, da die Regler infolge der Massenträgheit des Regelsystems
nicht schnell genug wirken können bzw. aus dem gleichen Grunde eine Störung jedesmal
überregeln. Beide Erscheinungen führen zum Pendeln des Reglers oder des Regelkreises
oder beider Regelstrecken gleichzeitig mit oft mehreren sich überlagernden Schwingungsweiten.
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Eine Möglichkeit, Regelschwingungen zu beseitigen, besteht bekanntlich
darin, jede Störung schon im Entstehen abzufangen, also gar nicht erst zur vollen
Auswirkung kommen zu lassen, was bei raschen Vorgängen nur durch trägheitslos arbeitende
Regelglieder möglich ist. Es wird daher den bisher beschriebenen Regelanordnungen
als weiteres Regelglied die unmittelbare Beeinflussung der Erregung durch die Schwankungen
der Schweißspannung zugefügt, d. h. also, daß die Ablenkung des Lichtbogens nicht
nur statisch, sondern auch dynamisch geregelt wird. Dies kann z. B. derart geschehen,
daß die Änderungsgeschwindigkeit der Schweißspannung eine ihr proportionale Änderung
des Erregerstromes bewirkt, d. h. es wird die erste Ableitung ,der Spannungs-Zeit-Kennlinie
gebildet. Diese an sich als Vorfühlregler bekannte Anordnung wird hier gemäß weiterer
Erfindunig derart verwirklicht, daß dem Erregerstrom in gleicher oder entgegengesetzter
Richtung, je nachdem ob sich die Schweißspannung erhöht oder erniedrigt, in ihrer
mittleren Stärke regelbare Stromstöße überlagert werden, die zwar durch den Verstellwiderstand
des Hauptreglers gehen, aber dessen Meßglied nicht beeinflussen. Durch die nur geringe
Induktivität des z. B. aus Schweißgenerator, Verstellwiderstand, Erregerspulen und
Batterie bestehenden Stromkreises wird die sofortige Unterdrückung der Störungen
ermöglicht, so daß der mit Massenträgheit behaftete Hauptregler nur die jeweils
erforderliche mittlere Erregerstromstärke entsprechend der gewünschten Einbrandtiefe
auszuregeln braucht und mit für diesen Zweck günstigster Dämpfung versehen werden
kann.
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Die Bildung des ersten Differentialquotienten der Schweißspannung-
kann z. B. in bekannter Weise mittels einer Kondensatoren- oder Transformatorenschaltung,
unter Umständen mit Nachschaltung eines Röhrenverstärkers, verwirklicht werden.
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Es versteht sich, daß diese Kompensation durch die-erste Ableitung
der Schweißspannung auch bei Anordnungen mit Handregelung benutzt werden kann.
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Der Regler selbst darf nicht zu stark gedämpft sein, um Spannungsänderungen,
wie sie z. B. bei nicht vermeidbaren Unregelmäßigkeiten der vorbereiteten Schweißnahtkanten
auftreten, genügend schnell auszuregeln. Es muß also dafür gesorgt werden, daß :die
Regelung sowohl bei beliebig starken Störimpulsen als auch bei rascher Änderung
der Sollwerteinstellurng stabil arbeitet und den jeweils neuen Zustand nach möglichst
wenigen gedämpften Schwingungen erreicht.
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Eine weitere Erschwerung für die Regelung bringt folgende Erscheinung:
überschreitet die .Ablenkung des Lichtbogens ein gewisses Maß, was z. B. bei einem
Störimpuls kurzzeitig vorkommen kann, dann reißt bei Minuspol:ung der Elektrode
der Kathodenfleck vom vollen Querschnitt des Kerndrahtes plötzlich ab und läuft
an der dem Werkstück zugewandten Seite der Elektrode am Kerndraht entlang, ohne
diesen ganz abzuschmelzen, wobei die Schweißnaht offen bleibt. Dieser Vorgang spielt
sich bei stark verminderter Stromstärke ab, was bei gegebener Einstellung des Schweißgenerators
eine entsprechend starke Erhöhung der Spannung zur Folge hat. Da nun der Regler
bei steigender Spannung ,den Erregerstrom des Gegen- oder Steuerfeldes verstärkt,
würde er in diesem Augenblick, falls keine besonderen Vorkehrungen getroffen würden,
in die Endlage für maximalen Erregerstrom kippen, so daß .der Lichtbogen überhaupt
nicht mehr in die Sollage zurückkehren könnte und .die restliche Elektrodenlänge
unterlaufen würde.
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Die .gleiche Labilität zeigt sich bei von Hand geregelter Eigenerregung
parallel zum Lichtbogen. Bei unveränderter Einstellung des Regelwiderstandes bzw.
bei kurzzeitigen Vorgängen ändert sich das Steuerfeld bei vernachlässigbarer Induktivität
der Erregerspule praktisch direkt proportional mit der Lichtbogenspannung, so daß
auch hier beim Unterlaufen der Elektrode infolge zu starker Ablenkung das Steuerfeld
noch mehr verstärkt wird.
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Um das Unterlaufen der Elektrode zu verhindern, muß dafür gesorgt
werden, daß bei beginnendem Abreißen des Lichtbogens vom vollen Kerndrahtdurchschnitt
das Steuerfeld geschwächt bzw. seine weitere Verstärkung verhindert wird, um den
Lichtbogen wieder zu stabilisieren. Dies kann beispielsweise .durch eine Kompensation
des Reglers geschehen, die gemäß weiterer Erfindung nach Abb. 5 wie folgt vorgenommen
wird: Das Meß- und Verstellglied i i des astatisch arteiternden Hauptreglers erhält
außer der über einen Sollwerteinsteller ia von der Schweißspannung direkt beeinflußten
Hauptwicklung 13
noch eine zweite, in entgegengesetzter Richtung wirkende
Kompensationswicklung 1q.. Diese wird gleichfalls von der Schweißspannung beeinflußt,
jedoch derart, daß sie nur dann Spannung erhält, wenn die Abweichung des Augenblickswertes
der Schweißspannung vom jeweiligen Sollwert ein gewisses Maß überschreitet. Dies
wird z. B. dadurch erreicht, daß eine von einer fremden Stromquelle 15 stammende
regelbare Gegenspannung die an den Klemmen der Kompensationswicklung liegende Schweißspannung
bei ihrem Sollwert gerade aufhebt, wobei die Höhe der Gegenspannung stets in einem
bestimmten Verhältnis zur Sollwertkurve der Schweißspannung gehalten wird. Bei einer
schnellen, genügend großen Änderung der Schweißspannung liegt an der Kompensationswicklung
1q.
die Differenz zwischen der Gegenspannung und dem Augenblickswert
der Schweißspannung mit wechselnder Polarität, je nachdem sich die Schweißspannung
nach oben oder nach unten vom Sollwert entfernt. Soll :die Kompensation des Reglers
nur dazu dienen, das Unterlaufen der Elektrode zu verhindern, dann genügt es, wenn
die Kompensationswicklung nur bei ansteigender Schweißspannung wirkt. In diesem
Fall kann die mit dem entgegengesetzten Vorzeichen auftretende Differenzspannungbei
fallenderSchweißspannungunterdrückt werden, was z. B. in einfacher Weise durch einen
Trocken- oder Röhrengleichrichter 16 möglich ist.
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Die Wirkungswe ise der Kompensationsschaltung ist folgende: Erhöht
sich die Schweißspannung plötzlich um einige Volt über den Sollwert, dann erhält
die Kompensationistw!icklung Spannung, bis sie zunächst die Wirkung der Hauptwicklung
aufhebt, so daß der asiatische Regler,in dieser Stellung stehenbleibt.
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Steigt die Schweißspannung darüber hinaus sofort noch weiter an, dann
überwiegt die Wirkung .der Kompensationswicklung, so daß der Regler das Steuerfeld
herabreggelt. Dadurch wird erreicht, daß ein Unterlaufen des Lichtbogens schon im
Entstehen mit S:icherheitabgefangen wird, da das Lichtb:ogeneige-nfeld, das der
Ablenkung entgegenwirkt, bei geschwächtem Steuerfeld;sich stärker auswirken und
so, den Lichtbogen wieder stabilisieren kann.
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Übrigens kann -diese Kompensation des Hauptreglers gegen das Unterlaufen
der Elektrode auch mit der vorher beschriebenen Differentialquotientenkompensation
unter Umgehung des Hauptreglermeßwerkes vereinigt werden, derart, daß bei einer
Über- oder Unterschreitung des Sollwertes der Schweißspannung um beispielsweise
mehr als ± 3 V der bei einer plötzlichen Spannungsänderung wirksame Stromstoß des
I#-,ondensators durch eine entsprechende Gegenspannung der einfachen Kompensation
unterdrückt wird. Die üherlagerung dieser beüden Regelimpulse könnte z. B. bei Anwendung
eines Röhrenverstärkers in einfacher Weise am Eingang des Steuergitters erfolgen.
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Da sich die mittlere Spannung des Lichtbogens bei konstanter Ein-brandtiefe
im Verlauf einer Rundschweißung stetig ändert, muß die SollweTteiinstellung des
Hauptreglers laufend so verändert werden, daß der Regler in jedem Abschnitt der
Schweißnaht .auf die der augenblicklichen Lage des Lichtbogens entsprechende Sollspannung
einrebelt. Ausgehend von der an sich bekannten Erscheinung, daß der Lichtbogen durch
die Wirkung ,des Eigenfeldes dias Bestreben hat, in Verlängerung .der Elektrodenachse
zu brennen und der Grad der Ablenkung in d ilrekter Beziehung zur Stärke des Steuerfeldes
steht, wird. gemäß weiterer Erfindung die Sollwerteinstelllung wie folgt vorgenommen:
Der zur Sollwerteinstellung des Hauptreglers erforderliche Vorwiderstand wird durch
einen aperiodisch gedämpften statischen Vorregler in Abhängigkeit :von der Lichtbogenspannung
verändert.
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Da sowohl die Regelung des Sollwertes als auch die,der Kompensatiory
des Hauptreglers eine stark gedämpfte statische Charakteristik verlangen, wer-,den
beide- Einstellungen zweckmäßigerweise durch ein und denselben Vorregle r ausgeführt.
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Abb. 6 zeigt !als Ausführungsbeispiel einte Schaltung zur .selbsttätigen
Sollwerteinstellung und Kompensation des Hauptreglers i i mittels eines Vomreglers
17. Die Sollwerteins,tellung wird durch den mit 17 gekuppelten Verstellwiderstand
ig, die Höhe der Gegenspannung (durch den gleichfalls mit 17 gekuppelten Verstellwiderstand
2o, der an die Gegenspiannungsquelle 15 angeschlossen ist, geregelt.
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Während Ader astafische Hauptregler ii in so:-foriigem Eingriff die
kurzzeitigen. Span@nungsände runben ausregelt, also, zwecks großer Empfindlichkeit
nur schwach gedämpft sein darf und mit möglichst kleiner Massenträgheitarbeiten
soll, muß die Verstellgeschwindli.gkei.t des Vorreglers 17 so weit verringert werden,
d aß dieser nur auf langsame Spannungsänderungen, entsprechend dem zeitlichen Verlauf
des jeweiligen Mittelwertes der Lichtbogenspannung während einer Rundschweißung,
anspricht. Der Vorregler hat eine statische Charakteristik, so daß jedem Wert der
ihn beeinflussenden Lichtboaienspannung eine, bestimmte Soilwerte@instellung des
Vers,tellwidemstandes ig für den Haupt regiler entspricht. Wird der Vorregler, etwa
mittels des Regelwiderstandes 18, nun so eingestellt, daß er ,den Sollwert des Hauptreglers
um einen gewissen Betrag, z. B. um i V, tiefer einregelt, als der jeweiligen mittleren
Lichtbogenspannung entspricht, dann wird der Lichtbogen abgelenkt, und zwar etwa
verhältnisgleich mit der Tiefer-Einregelung. Durch entsprechende Einstellung ides
Vorreglers hat man es somit im der Hand, die gewünschte gleichmäßige Einbrandtiefe
übler dien Rohrumfang zu erreichen.
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Die zur Kompensation benötigte Gegenspannung kann bei Fremderregung
der gleichen Hi.lfsstromquelle, die den Erregerstrom liefert, entnommen werden.
Es ist auch möglich, sowohl den Erregerstrom Tals auch die Gegenspannung für die
Kompens!ation (in Parallelschaltung zum Lichtbogen) der Schweiß.striomque@lle (selbst
zu entnehmen, Dia .Spannung und Strom des Lichtbogens entsprechend-der Kennlinie
des voneinander abhängig sind, kann der Vorregler bei entsprechender Schaltung auch
vom Schweißstrom gesteuert werden. Ebenso ist es möglich, die Kompeneation des.
Hauptreglers durch Abgriff der Än@d@e-rungen des Schweißstromes vorzunehmen, wie
überhaupt allgemein -der Erfindungsgedanke auch durch Steue rang ,des Zusatzfeldes
durch den Lichtbogexnistriom (statt durch die Liehibogenspannung) verwirklicht werden
kann.
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Während die bisher beschriebenen Anordnungen zur Herstellung,der Nahtwurzel
dienen, genügt zur Schweißung von Decklagen bis zur völligen Ausfüllurig des freien
Nahtquerschnittes im allgemeinen die Anwendung eineis gleichbleibenden Steuerfeldes,
dias dann Aals reines Streufeld im Nahtwinkel auftritt, sich im Verlauf einer Schweißurig
nur wenig ändert und im wesentlichen die Aufgabe hat, die nach außen gerichtete
Wirkung .der Elektrodenkrümmung
auf das Eigenfeld, des Lichtbogens
aufzufbeben.
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Die Anordnungen nach Patent 896 o97 sowie auch das Verfahren gemäß
der Erfindung lassien sich in ,allen beschriebenen Ausführungsformen außer auf Rundnähte
an Rohren sinngemäß ,auch auf belieb ;ge gerade Stoßnähte anwenden, falls .die Möglichkeit
besteht, zu beiden Seiten der Naht einen Stromleiter spulenförmig um das Werkstück
zu legen, .also die Amp:erewindungen des Steuerfeldes mit den die Nahefuge durchsetzenden
Kraftlinien zu vezketten. Ab:b. 7 zeigt.a!ls Beispiel die Veribindungsschweißung
zweier Bleche, in senkrechter Sc hweüßlage. Mit .stark ummantelten, für Überkopfschweißungen
geeigneten Elektroden hassen sich somit Nähte in beliebiger Schweißlage ausführen.
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Da es .nur rdarauf ankommt, in .der Schweißnaht ein, genügend' starkes,
regelhares Steuerfeld zu erzeugen, desisen Kriaftlinien paralilel zur Werkstücksebene
und senkrecht zur Nahtachse, verlaufen, lean:n an Stelle ,der um die Werkstücke
gelegten Winidungen. in ,an slich hekanuter Weiisie aauch ein nach Aibb. 8, gestalteter
hufeisenförmiger Anker 2¢ obe:r- od eir unterhalb .der Schweißnaht angelegt werden,
.der die Erregeirwicklung 25 trägt. In diesem Fall entsteht :ein vorübergehend im
Eisen geschlossener magnetiischer Kreislauf, ,dessen Induktivität z. B. durch Anordnung
von mehr oder wemliger :dicken Poilschuhen 26 aus unmagnetiischem Stoff beeinflußt
werden kann. Bei großen Schweißnaihtlängen empfiehilt es. sich, den, Aniker, etwa
durch Ausbildung der Polischuhe als .zwei federnd an:geidrüdkte- Roillen, leicht
verschiebbar zu machen. Im Verlauf der Schweißung wird ,der bewegliche Anker ,dem
fortschreiiteniden Lichtbogen nachgeführt, so. daß ,am Ort des Lirhtbogenis stets
der gewünschte Kr:aftlinienverliauf herrscht.
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Bei Verwendung von Elektroden mit starker Schliackenbid@dung sind
lückenlose Schweißnähte murr bei. waagerechter Notmail- oder Überkopflage oder bei
mit beliebigem Neigungswinkel abwärts laufendem Lichtbogen tau erzielen. Bei aufwärts
laufendem Lichtbugen ,stört ,der Schlackenfluß. Bei Rohrverbindungsischweißunigen
wird daher ,die- volle Rundnaht mimt Vorteil in, zwei Ha!lb@runidschweißungen; jenve@iilis
von oben nach unten, ausgeführt, wobeii .sich sowohl bei der oberen Tals auch bei
der unteren Verbindungsstelle, ein Wurzel- und Deckl;agie, deichte und giiatte Ü!bergänige
erzielen lassen, so daß Nachschweißunigen von Hand nie iht erforderliich sind.
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Es -,ist fauch möglich, die in Abb, i gezeigte Anordnung mit ,der
selbsttätigen Regelung zu komtbin:ieren. Die Erregerwindungen für das Steuerfeld
können. Tauich, ,sinngemäß zu der oben ,bei der Schweißung geradeir Nähte erläuterten
Anordnung, anstatt um das Rohr, um das Joch 2 des Ankers geführt wbrden.
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Die konstruktiven Einzelheiten, ,die vorstehend beschrieben und in
den Abbildungen. :dargestellt sind, ,können auch in. denjenigen Fällen mit Nutzen
angewiandtwerden, in,denen sich eine Regelung des Zus!atzfc@1dels tin Abhängigkeit
vorn der Lichtbogenspannurig erübrigt. D:iieses gilt insbesondere für die Ausführungsformen
nach Abh. i, 7 und 8: Ebenso sind KombLnatiionen der Maßnahmen-und Ausführungsformen,denkbar,
die zur besserem Veranschaulichung :in Beschreibung unid Abbildungen einzeln für
sich allein erläutert sind.