DEP0027074DA - Automatische Lichtbogenschweißung - Google Patents

Description

Die automatischen Leichtbogenschweißverfahren benötigen im allgemeinen für einen störungsfreien Verlauf eine Steuerung. Diese besteht normalerweise in der Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Schweissdrahtes in Abhängigkeit von der Schweißspannung. Schmilzt der Schweissdraht schneller ab als er zugeführt wird, so entfernt sich bei zu starkem Abschmelzen des Drahtes das Elektrodenende vom Werkstück. Die damit wachsende, unmittelbar hinter Elektrodenende und Werkstück abgegriffene Schweißspannung wirkt über eine Steuerung auf den Elektromotor, der den Drahtvorschub bewirkt und beschleunigt bis die Lichtbogenlänge, die dem beabsichtigten Gleichgewichtszustand entspricht, wieder eingestellt ist. Man kann diese Steuerung auch auf dne Schweißumformer einwirken lassen in dem Sinne, dass die höhere Schweißspannung auf die Drossel eines Transformators zur Einwirkung gebracht wird.

Dieser Regelmechanismus für den Drahtvorschub oder die Schweißspannung verteuert die Anlage und wird erfindungsgemäss erübrigt, wenn man bei konstantem Drahtvorschub in einem Gebiet der Selbstregelung arbeitet, wo die Selbstregelempfindlichkeit, ausgedrückt durch das Verhältnis der Abschmelzkennliniensteilheit S(sub)A <Formel> zur Umformerkennliniensteilheit S(sub)S (in <Formel>), also <Formel> mehr als 1,2, vorzugsweise mehr als 1,7 beträgt. Man wählt daher Umformer, deren Strom-Spannungs-Charakteristik - im folgenden als Umformerkennlinie bezeichnet - beim Arbeitsvorgang der Charakteristik des stromverzehrenden Teils, nämlich der Abschmelzkennlinie, d.h. der Abschmelzgeschwindigkeit des verwendeten Schweissdrahtes (in cm/Min) in Abhängigkeit von der Stromstärke (in Amp) angepasst ist. Man sucht hierbei den günstigsten oberhalb 1,7 liegenden Bereich der Selbstregelempfindlichkeit einzuhalten, der vorübergehend bis zu 1,2 sinken kann. Die obere Grenze ist dagegen dann erreicht, wenn die Schweißspannung sich der Leerlaufspannung des Umformers auf 10 Volt nähert, da dann der Lichtbogen abreisst.

Der Vorgang der Selbstregelung unter den erfindungsgemässen Bedingungen ist an Hand von Diagrammen näher erläutert. Bekanntlich sinkt die Spannung eines Umformers, ausgehend von der Leerlaufspannung, um so stärker, je grösser die entnommene Stromstärke ist und erreicht bei der maximalen Stromstärke (d.h. als bei kurzgeschlossenem Umformer) den Wert Null. Stellt man die Abhängigkeit der beiden Grössen voneinander durch sogenannte Umformerkennlinien dar (Diagramm 1), so durchläuft das Verhältnis <Formel> = S(sub)s), d.h. die Steilheit der Umformerkennlinie von sehr kleinen Werten ausgehend den Bereich bis gegen unendlich. Normalerweise wurden bisher die Arbeitsgrössen beim Schweissen so gewählt, dass man sich von einem mittleren Wert der Steilheit nicht allzusehr entfernte und im übrigen es dem Regelmechanismus für den Drahtvorschub überliess, ein zu schnelles Abschmelzen des Drahtes, das mit einer Verlängerung des Lichtbogens verbunden ist, über die gleichzeitig erhöhte, als Regelimpuls dienende Schweißspannung durch eine Beschleunigung des Drahtvorschubs rückgängig zu machen.

Erfindungsgemäss genügt die Berücksichtigung von Diagramm 1 noch nicht, sondern es ist dazu die oben erwähnte Koordinierung von Umformer- und Schweissdrahtkennlinien erforderlich. Die Selbstregelung kommt nun in folgender Weise zur Geltung:

Es sei durch eine Unregelmässigkeit des Werkstückes eine Abstandsverminderung zwischen Werkstück und Elektrode und damit eine Verkürzung des Lichtbogens mit gleichzeitiger Senkung der Schweißspannung um den Wert (Delta) u (s. Abb. 1) eingetreten. Der Vorgang der Selbstregelung ist in einfacher Weise durch den Arbeitspunkt 1 und den Störungspunkt 2 dargestellt. Nach Abb. 1 wirkt sich das zufallsbedingte Sinken der Lichtbogenlänge bzw. der Schweißspannung zwischen Arbeitspunkt 1 und Störungspunkt 2 um den Wert (Delta) u in einem Anwachsen der Stromstärke um den Wert (Delta) i aus. In Abb. 2 ist die Abschmelzkennlinie eines Schweissdrahtes mit einem festgelegten Durchmesser in einem Diagramm dargestellt, das dieselbe Abzisse besitzt wie das Diagramm in der Abb. 1. Diese Abschmelzkennlinie gilt für alle im Betrieb vorkommenden Spannungen mit hinreichender Genauigkeit. Der gleiche Wert des (Delta) i in Diagramm 1 ist in Abb. 2 jedoch mit einer Erhöhung der Abschmelzgeschwindigkeit um den Wert (Delta) (Ny) verbunden, was eine Verlängerung des Lichtbogens zur Folge hat, bis schliesslich die normale Lichtbogenlänge wieder erreicht ist. Die Abhängigkeit der Abschmelzgeschwindigkeit (Ny) von der Schweißspannung u ergibt sich demnach durch die Verknüpfung der Diagramme der Abb. 1 und 2. Die von einer Spannungsänderung (Delta) u infolge der Umformkennlinie herrührende Stromänderung (Delta) i bewirkt eine Änderung der Abschmelzgeschwindigkeit (Delta) (Ny) in dem Sinne, dass mit sinkender Spannung die Stromstärke und die Abschmelzgeschwindigkeit zunimmt. Je steiler die Kennlinie zwischen Arbeits- und Störungspunkt verläuft bzw. je grösser <Formel> im Abschmelzdiagramm 2 ist, um so empfindlicher erfolgt die Regelung. Das gleiche tritt ein, wenn die Umformer- kennlinie zwischen den korrespondierenden Arbeits- und Störungspunkten schwach geneigt verläuft bzw. kleiner <Formel> ist. Die Selbstregelempfindlichkeit, d.h. das Verhältnis <Formel> ist in dem Diagramm demnach durch das Streckenverhältnis<Formel> gegeben, da sich (Delta) i bei der Kürzung heraushebt. Die

Dimension der Selbstregelempfindlichkeit ist dementsprechend <Formel>. Kleine Werte für dieses Verhältnis drücken eine geringere, grössere Wert eine höhere Empfindlichkeit der Selbstregelung des Schweissvorganges aus. Bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes 1,2 erfolgt die Regelung derartig langsam, dass eine automatische Schweissung praktisch unmöglich wird. Die obere Grenze der Steuerempfindlichkeit wird vor allem durch den Verlauf der Umformerkennlinie bestimmt. Nähert sich nämlich die Schweißspannung zu sehr der Leerlaufspannung des Umformers, so tritt - wie aus dem flachen Verlauf der Kennlinie ersichtlich - bei einer kleinen Spannungserhöhung bereits ein derartiger Abfall der Stromstärke i ein, dass der Lichtbogen abreisst. Praktisch wird daraus die Folgerung abgeleitet, dass die Schweißspannung mindestens 10 Volt unterhalb der Leerlaufspannung des Umformers liegen muss.

Da jeder Umformer und jeder Schweissdraht seine eigene Kennlinie besitzt, besteht nach einem weiteren Erfindungsgedanken die praktische Massnahme darin, dass man durch Wahl geeigneter Schweissdrahtdurchmesser die Steilheit der Umformerkennlinie so angepasst, dass die günstigste Steuerempfindlichkeit (kleiner/gleich 1,7) im Arbeitsbereich der Schweissung erreicht und die Innehaltung der oben angegebenen Schwankungsgrenzen gewährleistet ist.

Hat man andererseits mit Drähten bestimmter Stärke zu schweissen, so wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken durch Wahl des Schweissumformers die Steilheit der Umformerkennlinie der Steilheit der Abschmelzkennlinie des benutzten Schweissdrahtes angepasst.

Verwendet man nach einem weiteren Erfindungsgedanken Umformer mit wahlweise einstellbarer Leerlaufspannung, so ist der Anwendungsbereich der selbstregelnden Schweissung in Bezug auf Verwendbarkeit von Schweissdrähten der verschie- densten Abmessungen ein besonders grosser. Hat man einen bestimmten Draht einmal ausgewählt, so stellt man an dem Transformator mit abgestufter Leerlaufspannung eine derartige Leerlaufspannung ein, dass die Kennliniensteilheit desselben der Abschmelzkennlinie des Drahtes angepasst wird.

Claims (4)

1) Verfahren zum automatischen Lichtbogenschweissen, dadurch gekennzeichnet, dass man unter Verzicht auf eine automatische Regelung des Schweissdrahtvorschubes in einem Gebiet der Selbstregelung arbeitet, wo die Selbstregelempfindlichkeit, ausgedrückt durch das Verhältnis der Steilheit der Abschmelzkennlinie des Schweissdrahtes (gemessen in <Formel>) zur Steilheit der Umformerkennlinie (gemessen in <Formel>) mehr als 1,2, vorzugsweise mehr als 1,7 beträgt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl eines Schweissdrahtes mit geeignetem Durchmesser die Steilheit der Abschmelzkennlinie der Steilheit der Umformerkennlinie angepasst wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl des Schweissumformers die Steilheit der Umformerkennlinie der Steilheit der Abschmelzkennlinie des benutzten Schweissdrahtes angepasst wird.

4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umformer mit wahlweise einstellbarer Leerlaufspannung verwendet wird.