FI119592B - Menetelmä ja laitteisto hitsausta varten - Google Patents

Description

Menetelmä ja laitteisto hitsausta varten

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä hitsausta varten.

5

Keksinnön kohteena on myös laitteisto hitsausta varten.

Tunnetuissa hitsausmenetelmissä kuten esimerkiksi MIG/MAG-hitsauksessa hitsauslangan ja perusmateriaalin välille muodostetaan valokaari. Aina kaaren 10 käyttäytymisen mukaan puhutaan lyhytkään-, välikään- tai kuumakaarihitsauksesta. Hitsaus toteutetaan näissä menetelmissä joko tasavirtahitsauksena tai pulssitettuna tasavirtahitsauksena tai vaihtovirtahitsauksena. Valokaari vaiheen lisäksi hitsauksessa esiintyy oikosulkuvaiheita, joko tahattomasti tai vaihtoehtoisesti tarkoituksella, jolloin oikosulkuvaiheet ovat osa jaksollista hitsausprosessia.

15 Tällaisen jaksollisen prosessin taajuus on tyypillisesti 10-200 Hz. Tässä tapauksessa jaksollisuus on ymmärrettävä väljästi siten, että kaarijakson ja oikosulkujakson pituudet vaihtelevat tilastollisesti kuitenkin siten, että kussakin työtilanteessa keskiarvo säilyy likimain vakiona vaikka hetkellisarvot saattavat poiketa merkittävästi keskiarvoista.

20 MIG/MAG -hitsauksen eräänä ongelmana on perinteisesti ollut hitsausarvojen asettelu siten, että langansyöttönopeuden ja jännitteen suhde on oikea. Tähän ongelmaan on ollut tiedossa osittainen ratkaisu, joka toimii tyydyttävästi lyhytkaarialueella siten, että jännite seuraa automaattisesti langansyöttönopeutta. On lisäksi osoittautunut, että 25 mainittu automatiikka kattaa ilman valintoja tai asetuksia useita lankadimensioita ja kaasuvaihtoehtoja. Tämän menettelyn rajoituksena on kuitenkin ollut se, että toiminta rajoittuu lyhytkaarialueelle ja rajatapauksessakin vain välikaarialueen alapäähän.

Keksinnön tarkoituksena on ratkaista edellä kuvatun tunnetun tekniikan ongelmia ja tätä 30 tarkoitusta varten aikaansaada aivan uudentyyppinen menetelmä ja laitteisto lyhytkaarihitsausta varten.

2

Keksintö perustuu siihen, että hitsausjännitettä ohjataan siten, että oikosulkujaksojen osuus kokonaishitsausjaksosta pysyy ainakin likimain tavoitearvossa.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, ' 5 mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa, 10 Keksinnön sovellusten avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön mukaisilla menetelmillä voidaan edullisissa suoritusmuodoissa laajentaa adaptiivisuutta siten, että automatisoitu toiminta on mahdollista yli koko tehoalueen alkaen lyhytkaaresta ja päättyen kuumakaareen kulloinkin käytetyn laitteen tehoalueen 15 rajoissa.

Adaptiivinen säätö on hitsaajan kannalta erittäin helppo ja hitsaaja voikin keskittyä täysin itse hitsaustapahtumaan.

Keksintöä tarkastellaan seuraavassa esimerkkien avulla ja oheisiin piirustuksiin .

liittyvien suorituscsimerkkien avulla.

20

Kuvio 1 esittää yhtä tyypillistä hitsaukseen liittyvää pulssimuotoa yhden hitsausjakson ajalta, johon keksintöä voidaan soveltaa.

Kuvio 2 esittää lohkokaaviona yhtä keksinnön mukaista menetelmää.

25

Kuvio 3 esittää lohkokaaviona toista keksinnön mukaista menetelmää.

Kuvio 4 esittää lohkokaaviona toista keksinnön mukaista menetelmää.

30 Hakemuksessa käytetään seuraavaa terminologiaa viitenumeroiden yhteydessä: 1 vertailija 3 2 säädin 3 teholähde 4 valokaari 5 oikosulun tunnistus 5 6 keskiarvon laskenta 7 lyhytkaari alueen adaptiivinen säätö 8 kaarijännitteen keskiarvon laskenta 9 kynnysarvon ilmaisu 10 vertailulohko 10 11 oikosulkujakso 12 hitsausjakso 13 kytkin 14 liukuvan ohjearvon laskenta tl oikosulun kesto 15 t2 hitsausjakson kesto

Kuviossa 1 on hyvin yleisellä tasolla kuvattu hitsauslangan ja perusmateriaalin välistä resistanssia aikatasossa. Viitenumero 12 kuvaa hitsausjaksoa ja t2 sen kokonaispituutta.

Vastaavasti viitenumero 11 kuvaa oikosulkujaksoa ja tl sen pituutta. Jaksojen 11 ja 12 I

20 pituuksien tl ja t2 suhde vaihtelee aina kaaripituuden ja muiden parametrien mukaan.

Samoin jakson 12 kesto t2 vaihtelee sekä hitsausmenetelmän mukaan että myös hitsauksen aikana samalla hitsausmenetelmätyypillä.

Tunnetussa ratkaisussa lyhytkaarialueen adaptiivisuus on perustunut oikosulun aikaisen 25 jännitteen mittaamiseen ja mittaustuloksen käyttöön tehonlähteen säätöön. Välikaarialueelta alkaen mainittu menettely kuitenkin antaa liian pienen jännitteen, jolloin kaari tulee epävakaaksi ja hitsaus käytännössä mahdottomaksi.

Keksinnön mukainen parannus perustuu siihen, että kuumakaarialueella hitsatessa ei 30 tavallisesti pyritä puhtaaseen kuumakaareen vaan pyritään asettelemaan jännite siten, että ollaan tilanteessa, jossa kaari on niin lyhyt, että oikosulkuja esiintyy silloin tällöin.

Tämä menettely on osoittautunut hitsausteknisesti tarkoituksenmukaiseksi hitsaustulosta 4 ajatellen. Keksinnössä tätä toimintatapaa on sovellettu siten, että jännitettä säädetään siten, että suhteellinen oikosulkuaika pidetään vakiona. Toisin sanoen kuvion 1 tapauksessa suhde tl/t2 pidetään halutun suuruisena. Jos esim. kaarijännitc on liian pieni niin suhteellinen oikosulkuaika tl/t2 kasvaa. Tällöin säädin nostaa jännitettä 5 kunnes oikosulkuaika tl/t2 saavuttaa halutun arvon, joka on tyypillisesti joitakin prosentteja (tämä tarkoittaa sitä, että kaari on oikosulussa joitakin prosentteja, esim. 5 % kokonaisajasta t2 ja kaari palaa lopun aikaa, esim. 95% kokonaisajasta t2). Vastaavasti jos kaari venyy niin paljon, että oikosulut vähenevät ja ääritapauksessa katoavat kokonaan, niin säädin laskee jännitettä kunnes haluttu suhteellinen oikosulkuaika 10 saavutetaan. Kuviossa 2 on esitetty eräs mahdollinen säätöpiirin periaateratkaisu. Laitetekninen ratkaisu voi perustua perinteiseen analogiatekniikkaan tai toteutus voidaan tehdä prosessoritekniikkaan nojautuen, jolloin säätöpiiri on sopiva, kuvion 2 periaatteen toteuttava ohjelma.

15 Kuvion 2 mukaisesti siis vertailijan 1 toiseen sisään menoon tulee ohjearvo ja toiseen sisään menoon oikosulkuajan keskiarvo keskiarvon laskijalta 6 ennalta määrätyltä periodilta. Ulostulo vertailijalta 1 on nolla, jossa keskiarvo vastaa ohjearvoa. Jos taas keskiarvoistettu oikosulkuaika tl/t2 on ohjearvoa suurempi, antaa vertailija 1 ohjeen säätäjälle 2 nostaa kaarijännitettä 4 teholähteen 3 avulla. Oikosulkujakson 11 pituuden 20 tl suhdetta koko hitsausjakson 12 kestoon t2 mitataan jatkuvasti ja tulokset keskiarvoistetaan 6. Vastaavasti mikäli keskiarvoistettu oikosulkuaika tl/t2 on ohjearvoa pienempi, antaa vertailija 1 ohjeen säätäjälle 2 laskea kaarijännitettä 4 teholähteen 3 avulla. Kuvion 1 mukainen ratkaisu toimii myös välikaarialueella.

25 Käytännön laitetekniikassa on eduksi, jos adaptiivisuus toimii yli koko laitteen tehoalueen alkaen lyhytkaaresta. Tämä on mahdollista toteuttaa yhdistämällä jo aikaisemmin mainittu lyhytkaarialueen adaptiivisuus ja kuviossa 1 esitetty menettely. Periaate on esitetty kuvassa 3. Kytkimellä 13 siis valitaan joko kuvion 1 mukainen säätö tai lyhytkaarialueen adaptiivinen säätö 7, jonka rinnalla toteutetaan kaarijännitteen 30 keskiarvon laskenta 8 yhdistettynä kynnysarvon ilmaisuun 9.

Kuvion 3 toimintaperiaate on seuraava: 5

Toimittaessa lyhytkaarialueella kaarijännitteen keskiarvo on tyypillisesti alle 20..22V. Tällöin kytkin 13 on yläasennossa ja lyhytkaarialueen adaptaatio 7 on toiminnassa. Kaarijännitteen keskiarvon 8 tai joissain tapauksissa langansyöttönopeuden ylittäessä 5 asetellun, kiinteän kynnysarvon 9 kytkin 13 kääntyy ja tehonlähteen 3 ohjaus siirtyy kuumakaarialueen adaptiiviselle säätimelle 2. Siirtymää lyhytkaarialueen säätimeltä 7 kuumakaarialueen säätimelle 2 voidaan pehmentää ja ominaisuuksia parantaa tekemällä ylimenosta liukuva siten, että kynnyksen jälkeen suhteellisen oikosulkuajan ohjearvoa ei aseteta heti lopulliseen pieneen arvoon vaan kynnyksen ylityksen jälkeen 10 suhteelliselle oikosulkuajalle annetaan huomattavasti suurempi arvo, jota alennetaan kaarijännitteen keskiarvon tai langansyöttönopeuden noustessa. Tämän lisäksi on edullista pitää lyhytkaarialueen adaptiivinen lohko 7 aktiivisena siten, että siirtymäalueella mahdollisesti esiintyvien pitkähköjen oikosulkujen aikana hyödynnetään niissä tilanteissa edullista lyhytkaarialueen adaptaatiota. Tällöin 15 päädytään kuvion 4 mukaiseen periaateratkaisuun lisäelementtien 10 ja 14 avulla. Tässä tapauksessa laite toimii seuraavasti:

Toimittaessa kynnysarvon yläpuolella jolloin kytkin 13 (S) on suljettu ja toiminta perustuu pääsääntöisesti suhteellisen oikosulkuajan säätöön. Jos tässä tilanteessa 20 esimerkiksi langansyöttöhäiriöstä johtuen esiintyy pitkähkö oikosulku, valitaan TAI-elimen tapaan toimivalla vertailulohkolla 10 tehonlähteen 3 ohjaukseen lohkolta 7 tuleva signaali, jos se on suurempi kuin lohkolta 2 tuleva signaali. Vaihtoehtoisesti voidaan myös käyttää lohkoilta 2 ja 7 tulevien signaalien summaa, koska vakaassa tilanteessa lohkolta 7 (lyhytkaarialueen ohjaus) tuleva signaali on merkittävä vain 25 lyhytkaarialueella ja välikaarialueen alapäässä ja tämän lisäksi säädin 2 pitää huolta oikeasta toimintapisteestä siinäkin tapauksessa, että lohkolta 7 tulisi jokin ohjaussignaali, joka ei aikaisemman selostuksen mukaan missään tapauksessa voi ohjata tehonlähdettä liian suurelle teholle.

Claims (8)

1. Hitsausmenetelmä, jossa menetelmässä 5. hitsauslangan ja perusmateriaalin välille muodostetaan sähköisesti valokaari (4), joka käyttäytyy jaksollisesti (12, t2) siten, että sen jaksonpituus on (t2), ja - jaksossa (12) esiintyy ainakin keskimääräisesti oikosulkujaksoja (11), joilla on keskimääräinen pituus (tl), ja - valokaareen syötettävää jännitettä säädetään, 10 4 tunnettu siitä, että - kaarijännitettä säädetään ainakin pääasiallisesti siten, että oikosulkujaksojen (11) keskiarvoisen pituuden (tl) suhde jaksonpituuteen (t2) pidetään halutun 15 suuruisena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaarijännitettä säädetään lyhytkaarialueella siten, että kaarijännite seuraa langansyöttönopeutta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kynnysarvon ilmaisun (9) jälkeen suhteellisen oikosulkuajan ohjearvoa (tl/t2) ei aseteta heti lopulliseen pieneen arvoon vaan kynnyksen ylityksen jälkeen suhteelliselle oikosulkuajalle (tl/t2) annetaan huomattavasti suurempi arvo, jota alennetaan kaarijännitteen keskiarvon tai langansyöttönopeuden noustessa. 25

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pidetään lyhytkaarialueen adaptiivinen lohko (7) aktiivisena siten, että siirtymäalueella mahdollisesti esiintyvien pitkähköjen oikosulkujen aikana hyödynnetään niissä tilanteissa edullista lyhytkaarialueen adaptaatiota. 30

5. Hitsauslaitteisto, joka laitteisto käsittää - välineet valokaaren (4) muodostamiseksi hitsauslangan ja perusmateriaalin välille, joka valokaari (4) käyttäytyy jaksollisesti (12, t2) siten, että sen jaksonpituus on (t2), ja - jaksossa (12) esiintyy ainakin keskimääräisesti oikosulkujaksoja (11), joilla on 5 keskimääräinen pituus (tl), ja - laitteisto käsittää säätövälineet (2, 3) kaarijännitteen säätämiseksi, tunnettu siitä, että 10. säätövälineet (2, 3) ovat sellaiset, että ne kykenevät säätämään kaarijännitettä ainakin pääasiallisesti siten, että oikosulkujaksojen (11) keskiarvoisen pituuden (tl) suhde jaksonpituuteen (t2) pidetään halutun suuruisena.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää välineet 15 kaarijännitteen säätämiseksi lyhytkaarialueella siten, että kaarijännite seuraa langansyöttönopeutta.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää välineet, joilla kynnysarvon ilmaisun (9) jälkeen suhteellisen oikosulkuajan ohjearvoa (tl/t2) ei 20 aseteta heti lopulliseen pieneen arvoon vaan kynnyksen ylityksen jälkeen suhteelliselle oikosulkuajalle (tl/t2) annetaan huomattavasti suurempi arvo, jota alennetaan kaarijännitteen keskiarvon tai langansyöttönopeuden noustessa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää välineet 25 lyhytkaarialueen adaptiivisen lohkon (7) pitämiseksi aktiivisena siten, että siirtymäalueella mahdollisesti esiintyvien pitkähköjen oikosulkujen aikana hyödynnetään niissä tilanteissa edullista lyhytkaarialueen adaptaatiota.