DK161625B - Fremgangsmaade og indretning til styring af svejseforloebet ved lysbuesvejsning - Google Patents

Description

O

1 DK 161625 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til styring af svejseforløbet ved lysbuesvejsning mellem en smeltelig elektrode og et arbejdsstykke, idet svejseforløbet indbefatter skiftevis lysbueperioder, hvorunder elektrodemate-5 rialet smelter, og kortslutningsperioder, hvorunder det smeltede elektrodemateriale overføres fra elektroden til arbejdsstykket, hvilken fremgangsmåde indbefatter, at en første af svejseforløbet afhængig størrelse registreres, og et til denne størrelse svarende første signal og et indstil-10 lingssignal frembringes, idet indstillingssignalet er en funktion af et til en anden af svejseforløbet afhængig størrelse modsvarende andet signal, hvorved svejseforløbet styres i afhængighed af forskellen mellem indstillingssignalet og det første signal.

15 Opfindelsen angår også en indretning til styring af en styrbar energikilde, som er indbefattet i et svejseaggregat til lysbuesvejsning, og udpeget til et svejseforløb, som skiftevis indbefatter lysbueperioder, i hvilke elektrodematerialet smeltes, og kortslutningsperioder, i 20 hvilke det smeltede elektrodemateriale overføres fra elektroden til arbejdsstykket, hvilken indretning indbefatter en første signalomsætter til registrering af en af svejseforløbet afhængig første størrelse og til frembringelse af et denne første størrelse modsvarende første elektriske 25 signal, og en anden signalomsætter til registrering af en anden af svejseforløbet afhængig størrelse og til frembringelse af et af denne anden størrelse afhængig andet elektrisk signal, en med udgangen af den anden signalomsætter forbunden første kreds for tilvejebringelse af et af det andet sig-30 nal afhængigt tredie signal, en anden kreds, som er-indrettet til at kunne modtage det tredie signal og frembringe et indstillingssignal ud fra det tredie signal og et referencesignal, og at frembringe et fejlsignal, som udgør forskellen mellem indstillingssignalet og det første signal, og at 35 afgive fejlsignalet på sin udgang til styring af energikilden i afhængighed af fejlsignalet.

2 DK 161625 B

o I tilknytning til lysbuesvejsning, og især ved håndsvejsning, er det idag et problem, at dråbedannelsen i lysbueperioderne ikke er stabil. Af og til frembringes alt for store dråber, som forstyrrer rytmen i dråbedannelse og over-5 gang, hvilket resulterer i stænk og sprøjt. Dette resulterer igen i forringet produktivitet. Årsagen til de her nævnte problemer er, at man hidtil ikke har haft viden om, hvorledes svejsestrømmen skulle tilpasses svejsemetoden for frembringelse af et godt resultat, 10 Ved kendte fremgangsmåder til styring af en strøm kilde i tilknytning til svejsning indstilles nemlig en til det udpegede arbejdspunkt svarende strømindstillingsstørrelse, svejsestrømmen og buespændingen registreres, strømindstillingsstørrelsen ændres i afhængighed af den registrerede bue-15 spænding og strømkilden styres med et differenssignal, som repræsenterer forskellen mellem strømindstillingsstørrelsen og den registrerede svejsestrøm.

Ved denne styringsart savnes muligheden for gennem svejsestrømmen at kunne kompensere for for hurtig eller for 20 langsom dråbevækst. Som ovenfor omtalt tilvejebringes derfor et ustabilt dråbedannelsesforløb.

Det er således formålet med den foreliggende opfindelse at frembringe en ny fremgangsmåde til styring af svejseforløbet, hvorved tilvejebringes et mere stabilt svejse-25 forløb med kortere periodetid, hvilket er tiden for en lysbueperiode og en kortslutningsperiode, og dermed en højere produktivitet.

Det er endvidere et formål med opfindelsen at tilvejebringe en. indretning til udøvelse af fremgangsmåden.

30 Det angivne formål opnås med en fremgangsmåde af den indledningsvise omhandlede art, som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved de i krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger, og en indretning, af den indledningsvis omhandlede art, som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved 35 den i krav 5's kendetegnende del angivne udformning.

O

3 DK 161625 B

Den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde er karakteristisk ved, at det andet signal filtreres, og det således filtrerede signal virker i tilknytning til tilvejebringelse af et indstillingssignal, hvorved ændringer i 5 den anden af svejseforløbet afhængige størrelse, som indtræffer med en frekvens, som ligger uden for et forud fastsat frekvensinterval, i hvilket indgår en udpeget kortslutningsfrekvens i svejseforløbet, dæmpes, således at indstillingssignalerne påvirkes mindre af disse ændringer end af 10 ændringer, som indtræder med en frekvens inden for det nævnte frekvensinterval.

En indretning til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er karakteristisk ved, at et båndpasfilter, i hvis pasbånd en udpeget kortslutningsfrekvens i svejseforlø-15 bet indgår, er indsat mellem udgangen af den første kreds og indgangen af den anden kreds.

Den ovennævnte første størrelse er fortrinsvis svejsestrømmen henholdsvis buespændingen, og den anden størrelse er buespændingen henholdsvis svejsestrømmen. Der kan imid-20 lertid også anvendes sammensætninger af disse størrelser, således eksempelvis svejseenergien. Det er også muligt at gå ud fra andre for svejseforløbets karakteristiske størrelser. I det følgende er det forudsat, at den første størrelse er svejsestrømmen, og den anden er buespændingen.

25 Med udtrykket buespænding forstås her en for måling tilgængelig spænding, som indbefatter den virkelige buespænding mellem elektrodespidsen og arbejdsstykket. I den målte buespænding indgår sædvanligvis også spændingsfaldet i den frie elektrodeende mellem svejsebrænderens kontaktmundstyk-30 ke og elektrodespidsen.

Opfindelsen er baseret på den iagttagelse, at der forekommer en periodicitet i svejseforløbet. Denne periodicitet ligger ved håndsvejsning inden for frekvensområdet 1 til 80 Hz, fortrinsvis dog 3-50 Hz, og ved halvautomatisk 35 og helautomatisk svejsning inden for frekvensområdet 50 til 250 Hz, fortrinsvis dog 50 til 150 Hz. Ved at forstærke

O

4 DK 161625 3 denne periodicitet, som viser sig ved ændringer i buespændingen med frekvenser inden for et snævrere frekvensbånd, som ligger indenfor det nævnte frekvensområde, og ved at dæmpe buespændingsændringerne udenfor dette frekvensområde, 5 hvilke ændringer forårsages af for hurtig eller for langsom ; dråbetilvækst, kan der tilvejebringes en mere stabil drift. | I den foreliggende opfindelse er der endvidere taget hensyn til den indstillede, statiske strømstørrelse, dvs. til arbejdspunktet. Jo højere den indstillede strømstørrelse 10 er, desto større ændringer tilvejebringes der i strømindstillingsstørrelsen for en udpeget ændring af buespændingen, som indtræder med en frekvens, som ligger indenfor filterets pasbånd.

Sammenfattende har denne indretning således den store 15 fordel, at den tilvejebringer stabil drift og dermed højere produktivitet.

En eksempelvis udførelsesform af den foreliggende opfindelse beskrives i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken: 20 fig. 1 er et blokdiagram over den ved den forelig gende opfindelse tilvejebragte indretning, fig. 2 er et spændings-strømdiagram, som anskueliggør en statisk arbejdslinie for den ved den foreliggende opfindelse tilvejebragte indretning, 25 fig. 3 er et kredsløbsdiagram, som viser en eksem pelvis opbygning af filteret i indretningen i fig. 1.

I fig. 1 er vist en for et svejseaggregat tilvejebragt strømstyret svejsestrømkilde 1 med dertil knyttet styringsindretninger. Styringsindretningerne er indbefattet 30 i et i og for sig kendt strømstyringssystem, som samlet er betegnet med henvisningstallet 3.

I strømstyringssystemet 2 er indbefattet et måleorgan 4, som er tilvejebragt til registrering af den af strømkilden frembragte svejsestrøm Is og til at registrere en med 35 denne proportional spænding Us, et subtraktionsorgan 5, som

O

5 DK 161625 B

på sin plusindgang 6 modtager en strømindstillingsstørrelse repræsenterende referencespænding Uref, som på sin første minusindgang 7 modtager den ved måleorganet frembragte spænding Us, og hvis udgang er forbundet med et proportionalt 5 integrationsorgan 8, som virker ved at fjerne styringsfejlen, og hvis udgang er forbundet med strømkilden 1.

Strømkilden 1 frembringer således svejsestrømmen Is, som løber gennem svejseelektroden 9 og arbejdsstykket 10 til jord, og tilbage til strømkilden. Måleorganet 4 registre-10 rer strømmen Is og frembringer spændingen Us, som i subtraktionsorganet 5 subtraheres fra referencespændingen Uref.

Det således frembragte differenssignal /\U integreres i det proportionale integrationsorgan 8, hvorefter udgangssignalet /\Uint styrer strømkilden 1. Strømstyringssystemt 2 15 sikrer altså på kendt vis, at svejsestrømmen så nøjagtigt som muligt følger referencestørrelsen Uref, som modsvarer en udpeget, indstillet strømreference Iref. Referencestørrelsen Uref indstilles ved et potentiometer 100.

I indstillingsstørelsesenheden 3 er indbefattet et 20 måleorgan 11, som er tilvejebragt til måling af buespændingen mellem elektroden 9 og arbejdsstykket 10, og til at frembringe et med buespændingen proportionalt signal Ub, et subtraktionsorgan 12, hvis plusindgang 13 er forbundet med måleorganet 11's udgang, hvis første minusindgang 14 25 er forbundet med en spændingskilde 15, som afgiver en konstant spænding U0, og hvis anden minusindgang 16 er forbundet med potentiometeret 100 gennem en forstærker 17, som har en forstærkningskonstant a, som er defineret ved den nedenfor anførte ligning. Yderligere er indbefattet et 30 multiplikationsorgan 18, hvis ene indgang 19 er forbundet med subtraktionsorganets udgang, og hvis anden indgang 20 er forbundet med potentiometeret 100, samt et båndpasfilter 23, hvis indgang er forbundet med multiplikationsorganets udgang, og hvis udgang er forbundet med subtraktionsorganet 35 5*s anden minusindgang 24.

O

6 DK 161625 B

Indstillingsstørrelsesenheden 3 virker ved at indstille en indstillingsværdi, som er afhængig af buespændingen, og den virker på følgende vis: Buespændingen måles med måleorganet 11, og et signal Ub, som repræsenterer bue-5 spændingen, frembringes. Buespændingsafvigelse fra den spænding, som modsvarer et på lysbuens belastningslinie indstillet arbejdspunkt, for hvilket gælder ligningen: Da = α x Iref + UO, hvor α er en konstant, Iref er strømindstillingsstørrelsen, og UO er en konstant spænding, fastlægges af subtraktionsor-10 ganet 12, og det således frembragte differenssignal /\Ub ledes til multiplikationsorganet 181 s første indgang 19.

AUb multipliceres i multiplikationsorganet med referencespændingen Uref og en i multiplikationsorganet indstillelig konstant. Ved denne multiplikation er der taget hensyn til 15 det aktuelle arbejdspunkt på lysbuens belastningslinie.

Jo større den statiske strømindstillingsstørrelse er ind- j stillet til, desto større ændring af indstillingsstørrelsen j tilvejebringes for en given ændring af buespændingen, som indtræder med en frekvens indenfor filterets pasbånd.

20 I fig. 2 tydeliggøres virkningen af de foran forkla rede foranstaltninger i et spændings-strømdiagram. I diagrammet er vist lysbuens belastningslinie A med ligningen U = α x I + UO, og den statiske arbejdslinie B for det angivne arbejdspunkt C, hvorfor gælder Ua = α x Iref + Uo, ifølge 25 det tidligere anførte. Den statiske arbejdslinies hældning gives ved K = dU/dl, og hældningen er forskellig for forskellige -arbe jdspunkter på lysbuens belastningslinie. Ved forøgelse af strømindstillingsstørrelsen Iref formindskes den absolutte størrelse af dU/dl, dvs., at arbejdslinien B 30 bliver fladere. Ved udpegning af en egnet størrelse af den i multiplikationsorganets indstillelige konstant forøges eller formindskes påvirkningen fra Iref på arbejdsliniens hældning og graden af dens tiltagende affladning i tilknytning til forøgelse af Iref. Den målte buespændingsafvigelse 35 fra den arbejdspunktets modsvarende spænding Ua til et ud-

7 DK 161625 B

o peget tidspunkt i svejseforløbet fås af /\Ub. Til denne spændingsforskel /\Ub svarer en ændring /\Ia af den indstillede strømreference Iref. Ved multiplikationsorganet 18 tilvejebringes en spændingsstørrelse /\Umult, som modsva-5 rer denne forskel /\Ia. Som vist i fig. 1 overføres udgangssignalet fra multiplikationsorganet 18 til båndpasfilteret 23 og filtreres, hvorefter det således filtrerede signal /\Uref subtraheres fra referencesignalet Uref for tilvejebringelse af indstillingsværdisignalet.

10 Filteret 23's karakteristik er sådan tilvejebragt, at ændringer i buespændingen, som indtræder med en frekvens, som er lavere eller højere end frekvenserne i et udpeget frekvensinterval, hvori indgår den ønskede kortslutningsfrekvens, dæmpes mere, end ændringerne i buespændingen, som 15 indtræder med en frekvens indenfor dette interval. Det vil medføre, at den udpegede kortslutningsfrekvens stabiliseres, cg der tilvejebringes et bedre svejseresultat.

I fig. 3 er vist en eksempelvis opbygning af filteret. Denne opbygning indbefatter en første proportionalt afledende 20 del 30, en første spændingsfølger 31 til impedanstilpasning, et lavpasfilter 32 og en anden spændingsfølger 33. Den proportionelt afledende del 30 indbefatter en spændingsdeler, hvis øverste del indbefatter en modstand R3, som er parallelforbundet med en kondensator C3, og hvis nedre del består 25 af en modstand RI. Forbindelsespunktet mellem RI og R3//C3 er forbundet med plusindgangen på den første spændingsfølger 31, hvis udgang er forbundet med lavpasfilteret 32.

Lavpasfilteret 32 indbefatter en modstand R2, som er indskudt mellem den første spændingsfølger 31's udgang og 30 plusindgangen på den anden spændingsfølger 33, samt en mellem denne og den anden spændingsfølgers plusindgang og jord forbundet kondensator C2. Naturligvis kan filteret og de øvrige indgående komponenter opbygges på mange forskellige måder.

35

O

8 DK 161625 B

Til en lysbuebelastningslinie med UO = 20V og α = 0,04 har følgende komponentstørrelser vist sig egnede: R3 = 27 kSi, RI = 18kjl , R2 = 15k/l , C3 = 2,2^ og C2 = 0,47^,uF.

5 Opfindelsen kan indenfor rammerne af de efterfølgen- i de patentkrav ændres på mange forskellige vis. Eksempelvis | ! kan funktionen af indstillingsstørrelsesenheden 3rs komponenter realiseres i et dataprogram i en mikrodatamat.

10 15 20 25 30 s 35

Claims (10)

1. 9 DK 161625 B Patentkrav.
2. 1. Fremgangsmåde til styring af svejseforløbet ved lysbuesvejsning mellem en smeltelig elektrode (9) og et arbejdsstykke (10), idet svejseforløbet skiftevis indbefatter 5 lysbueperioder, hvori .elektrodematerialet smelter, og kortslutningsperioder, hvori smeltet elektrodemateriale overføres fra elektroden til arbejdsstykket, idet der ved fremgangsmåden er indbefattet, at en første af svejseforløbet afhængig størrelse registreres og et denne størrelse modsva-10 rende første signal (Us) og et indstillingsstørrelsessignal frembringes, idet indstillingsstørrelsessignalet er en funktion af et en anden af svejseforløbet afhængig størrelse modsvarende andet signal (Ub), og idet svejseforløbet styres i afhængighed af forskellen mellem indstillingsstørrelses-15 signalet og det første signal (Us), kendetegnet ved, at det andet signal (Ub) filtreres, og det således filtrerede signal (AJDref) virker ved tilvejebringelse af ind-stillingsstørelsessignalet, hvorved ændringer i den anden af svejseforløbet afhængige størrelse, hvilke ændringer ind-20 træder med en frekvens, som ligger uden for et forud udpeget frekvensinterval, i hvilke der indbefattet en udpeget kortslutningsfrekvens i svejseforløbet, dæmpes, således at indstillingsstørrelsessignalet påvirkes mindre af disse ændringer, end af ændringer, som indtræder med en frekvens inden 25 for det nævnte frekvensinterval.
3. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indstillingsstørrelsessignalet, hvis størrelse er afhængig af det til svejsningen indstillede arbejdspunkt (Ua, Iref), frembringes ved at det filtrerede signal (/\Uref) 30 subtraheres fra et referencesignal (Uref).
4. 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der før filtreringen frembringes et differenssignal (/\Ub) mellem det andet signal (Ub) og et arbejdspunkt modsvarende signal (Ua). 35 i i O
5. 10 DK 161625 B
6. 4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kende tegnet ved, at differenssignalet (/\Ub), efter subtraktionen af det arbejdspunktet modsvarende signal (Ua), men før filtreringen, multipliceres med referensesignalet (Uref).
7. 5. Indretning til styring af en styrbar energikilde (1), som indgår i et svejseaggregat til lysbuesvejsning, som er tilvejebragt til et svejseforløb, som indbefatter skiftevis lysbueperioder, i hvilke elektrodematerialet smeltes, og kortslutningsperioder, i hvilke smeltet elektrode-10 materialer overføres fra elektroden til arbejdsstykket, hvilken indretning indbefatter en første signalomsætter (4) til registrering af en af svejseforløbet afhængig første størrelse (Is) og frembringelse af et den første størrelse modsvarende første elektriske signal (Us), en anden signalomsætter 15 (11) til registrering af en anden af svejseforløbet afhængig størrelse og frembringelse af et af den anden størrelse afhængigt andet elektrisk signal (Ub), en med udgangen af den anden signalomsætter forbundet første kreds (12-20) for tilvejebringelse af et af det andet signal (Ub) afhængigt 20 tredie signal (/\Uref), en anden kreds (100, 5, 6, 24), som er indrettet til at kunne modtage det tredie signal og frembringe et indstillingsstørrelsessignal ud fra det tredie signal og et referencesignal (Uref), at tilvejebringe et fejlsignal (/\U), som er differensen mellem indstillings-25 størrelsessignalet og det første signal (Us), og at afgive fejlsignalet på sin udgang til styring af energikilden (1) i afhængighed af fejlsignalet, kendetegnet ved, at et båndpasfilter (23), i hvis pasbånd en udpeget kortslutningsfrekvens i svejseforløbet er indbefattet, er indsat 30 mellem udgangen af den første kreds (12-20) og indgangen på den anden kreds (100, 5, 6, 24). ·' 6. Indretning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at båndpasfilteret (23) er indsat mellem udgangen af den første kreds (12-20) og indgangen af den anden kreds 35 (100, 5, 6, 24). O DK 161625 B
8. 7. Indretning ifølge krav 6, kendetegnet ved, at filteret (23) hovedsagelig indbefatter en afledende kreds (30) og et' lavpasfilter (32) .
9. 8. Indretning ifølge krav 6 eller 7, k e n d e -5 tegnet ved, at den anden kreds (5, 6, 100, 24) for tilvejebringelse af indstillingsstørrelsessignalet indbefatter et subtraktionsorgan (5), som på en plusindgang (6) modtager referensesignalet (Uref) og en minusindgang (24), hvorpå det tredie signal (Auref) modtages fra båndpas filtret (23). 10 9. Indretning ifølge krav 6, 7 eller 8, k ende- tegnet ved, at den første kreds (12-20) for tilvejebringelse af det tredie signal indbefatter et subtraktionsorgan (12), som er tilvejebragt for frembringelse af forskellen mellem det andet signal (Ub) og et et udpeget arbejds-15 punkt modsvarende signal (Ua).
10. 10. Indretning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at den første kreds (12-20) indbefatter et multiplikationsorgan (18) med en første indgang (19), som er forbundet med subtraktionsorganets (12) udgang, med en anden indgang 20 (20) , som modtager referencesignalet (Uref), og med en ud gang, som er forbundet med filteret (23). 25 30 35