FI60822C - Svetsapparat foersedd med traodmatning och baogstyrning - Google Patents

Description

1.-..--1 ,., ... KUULUTUSJULKAISU /:0000 3|Ta [B] (,1> UTLÄGGNINOSSKÄIFT 6U02^ • C(45) Patentti myönnetty· 13 34 1935 , Patent raeddelat ^ T ^ (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 B 23 K 9/10 SUOM | FI N LAN D (21) 2015/7^ (22) HakmiUpMvi — Ansttknlngsdeg 01.07-7^ (23) Alkupllvl — Gittlghetsdag 01.07-7^ (41) Tullut luikituksi — Bllvlt offentllg 03-01.73

Patentti- ja rekisterihallitus .... ...... ,. .__. . .....

' (44) Nihttvlkslptnon μ kuul>|ulkaltun pvm. — Q

Patent- och registerstyrelsen Antekan uti**d och uti.tkrift«n pubikend 31.12. ol (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prloritet Ol. 07-73 Hollanti-Holland(NL) 7309296 (71) N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, Hollanti-Holland(NL) (72) Edmond Joannes Jozef de Keyser, Bierges lez Waise, Belgia-Belgien(3E) (7f0 Oy Kolster Ab (3^) Hitsauslaite, jossa on langansyöttö ja kaarenohjaus - Svetsapparat för-sedd med tradmatning och b&gstyrning

Keksintö kohdistuu hitsauslaitteeseen, joka on varustettu lankaelektro-din syöttölaitteella ja terkoitettu oikosulkuvalokaarihitsaukseen ja joka käsittää hitsausenergian lähteen, laitteen sulavan lankaelektrodin syöttämiseksi sekä elektrodin pitimen, jonka pinne on yhdistetty hitsausenergiaa antavaan lähteeseen, joka lähde on myös varustettu pinteellä, joka yhdistetään hitsattavaan työkappaleeseen, jossa laitteessa määrätään hitsausvaiheen aikana säätö-parametrit, kuten joutokäyntihitsaussyöttöjännite Eq ja lankaelektrodin syöttö-nopeus V.

Hitsattaessa kuluvaa hitsauslankaa käyttäen useat parametrit vaikuttavat hitsaustapahtumaan. Olettaen, että hitsausnopeus, so. nopeus, jolla langan pidin liikkuu työkappaleen suhteen, on sovitettu hitsauslangan sulamisnopeuden mukaan niin, että saadaan tyydyttävä hitsausliitos, kahta muuta parametria, jotka vaikuttavat hitsaustapahtumaan, tarkastellaan tarkemmin. Toinen parametri on tyhjäkäyntijännite E , joka pääasiassa vaikuttaa hitsausenergiaan ja toinen parametri on hitsauslangan syöttönopeus V, joka määrittää sulamisnopeu- 2 60822 den, so. aikayksikössä sulaneen materiaalin määrän. EQ:n ja V:n vaikutus on esitetty muutamissa äärimmäisissä asetuskohdissa. Suurella V:n arvolla E :n o suhteen hitsauslanka pelkästään sulaa langassa kehittyneen lämmön vaikutuksesta, jolloin tuskin muodostuu mitään valokaarta. Valokaaren lämpö tuskin vaikuttaa langan sulamiseen. Suhteellinen valokaariaika A * joka määritellään jakamalla valokaariaika T·^ jakson ajalla T, on erittäin pieni.

Jos Eq on suuri verrattuna V:hen, saadaan valokaari, joka aiheuttaa langan sulamisen sellaisella nopeudella, että valokaari sammuu ja on odotettava, 2 kunnes lanka tekee uudestaan oikosulun työkappaleeseen. I R-tehon vaikutus langan esikuumenemiseen on pieni.

Jälkimmäistä asetusta voidaan vaihdella siten, että muodostuu jatkuva valokaari ja lanka sulaa tasaisesti, esimerkiksi pienentämällä hieman jännitettä Eq tai suurentamalla hieman nopeutta V. Tällä alueella on - 1. Edellisen ja jälkimmäisen alueen välillä on asetusalue, jossa valokaarijaksot vaih-televat oikosulkujakson kanssa niin, että On välillä 0-1. Valokaarijakson aikana työkappale kuumenee ja hitsauslanka sulaa muodostaen pisaran, joka koskettaa työkappaleesta sulanutta materiaalia ennen irtoamistaan langasta muodostaen oikosulun. Hitsausvirtalähteestä virtaa oikosulkuvirta, joka eroit-taa pisaran lanaan pitimestä tulevan langan kiinteästä osasta. Samanaikaisesti muodostuu valokaari mainitun kiinteän osan ja työkappaleen välille ja valo-kaaren lämpö muun muassa aikaansaa jälleen langan pään, jota ennestään kuumentaa edellinen oikosulkuvirta ja valokaarivirta, sulamisen muodostaen pisaran, Edelläesitetty hitsaustapahtuma, joka tunnetaan nimellä oikosulkuvalokaarihit-saus tai kosketussiirtohitsaus, omaa määrättyihin tarkoituksiin useita etuja, joihin kuuluvat: - tarkka suuntausvaikutus hitsiin oikeassa kohdassa. Tämä johtuu pisaroiden pienestä koosta ja nopeasta peräkkäisistä muodostumisista; - työkappaleeseen kohdistuneen lämmön parantunut säätö siten, että ohuita materiaaleja voidaan hitsata läpipalamistodennäköisyyden pienetessä. Niiden kohtien kuumennus, joihin pisarat joutuvat, on helposti säädettävissä.

Hitsaustapahtumat, joissa muodostuu valokaari, ovat yleensä itsesäätäviä, Määrätyissä hitsauslangan rajoissa sulaa se tasaisesti. Jos esimerkiksi hit-sausenergias, syntyy liikaa,langan alkupaeräinen esikuumennus kasvaa samoinkuin valokaaren lämpötila. Tämän tuloksena lanka sulaa nopeammin. Valokaaren jännite kasvaa ja koska se vaikuttaa vastaelektromotorisena voimana hitsausjännitteeseen, virta laskee niin, että hitsausenergia pienenee ja siten kasvanut aulamisnopeuE palaa alkuperäiseen arvoonsa. Hitsausenergian laskiessa lanka lähenee lähemmäksi työkappaletta, valokaaren jännite laskee ja hitsausvirta kasvaa suurentaen jälleen hitsausenergiaa.

. » 3 60822

Kosketussiirtohitsauksessa kuitenkin mainittu itsesäätöominaisuus aiheuttaa vaikeuksia. Tässä tapahtumassa myös hitsausenergian vaihtelut vaikuttavat kaaren tehoon ja aiheuttavat muutoksia työkappaleen ja hi tonuslanaan kiinteän osan väliseen etäisyyteen, toisin sanoen, väki o väl imatkan ollessa hit-au.·· .langan pitinen ja työkappaleen vä.lillä, pitimestä ulostulevan hitsauslangar· osan pituus vaihtelee. Koska kuitenkin kipinävtili muodostuu osaksi ajasta, vaihteluiden valokaaren tehossa on havittu olevan huomattavia aiheuttaen muutoksia pisaran kokoon. Tapauksessa, jolloin hitsausenergia kasvaa, muodostuu tilanne jolloin valokaariaika kasvaa huomattavasti, oikosulkuaika vähenee huomattavasti ja jakson kokonaisaika kasvaa. Jälkimmäinen kasvu johtuu siitä, että työkappaleen ja langan kiinteän osan välisen etäisyyden kasvu a‘her f. taa suurempien pisaroiden muodostumisen, Edelläolevan perusteella on selvää, että suhteellinen valokaariaika kasvaa. Mittaukset osoittavat, että hitsaus-langan esikuumennus muuttuu vain vähän. Energian laskiessa ulostulevan langan pituus kasvaa, pisaran koko pienenee, jakson aika lyhenee ja suhteellinen valokaariaika lyhenee.

Vaihtelut ulostulevan langan pituudessa hitsaajan tahattomista liikkeistä johtuen hitsauslaitetta käyttäessään korjautuvat myös hitsauslangan esi-kuumennuksen ja keskimääräisen valokaaritehon välisen itsesäätövaikutuksen ansiosta.

Käytännössä on kuitenkin havaittu, että hitsaajan ja eri parametrien vaikutus on kuitenkin sellainen, että kaikissa olosuhteissa ei saada hyvää hitsiä Kitsaustapahtuman tarkoituksena ei kuitenkaan lopultakaan ole mää rätyn materiaalimäärän käyttäminen, vaan aikaansaada tasalaatuinen sulaminen yhdessä hyvän liitoksen kanssa. Tällöin taitamattomampi hitsaaja ohutta levyä hitsateesaan pyrkii valitsemaan liian pienen energia-asetuksen, jolloin hän valitsee liian pienen napajännitteen, läpipalamisten estämiseksi. Tällainen asetus usein aiheuttaa hitsausvirheitä, koska paikallinen valokaariteho on riittämätön työkappaleen asianmukaisen kuumentamiseen ja sulattamiseen.

Alhainen asetus voidaan myös valita työkappaleessa oloaan sulatteen määrän tarkemman säädön vuoksi tai pystysuoran hitsauksen tapauksessa sulatteen valumisen estämiseksi. On selvää, että näissä tapauksissa parametrien, kuten napajännitteen vaihtelut verkkojännitteen vaihdellessa, vaihtelut hitsaus-piirin ohmisessa vastuksessa ja vaihtelut langansyöttönopeudesea, vaikutus on huomattava ja valokaaren teho voi olla liian suuri tai, useimmissa tapauksissa, liian pieni.

Esiteltävä keksintö perustuu havaintoon, että oikosulku-valokaarihitsauk-sessa vakio valokaariteho on määräävä tekijä hyvän hitsin saavuttamiseksi. Vakiollisen keskimääräisen valokaaritehon ylläpitäminen sopivasti valittuna 4 60822 aikavälinä yhdessä hitsaustapahtuman itsesäätöilmiön kanssa takaa vakiona pysyvän lämmönsyötön työkappaleeseen aikaansaaden hyvin sulaneen hitsin sekä hyvän kiinnitarttumisen lisätyn aineen ja työkappaleen materiaalin välille erilaisissa olosuhteissa ja vähemmän riippuvaisena hitsaajan ammattitaidosta. Tätä tarkoitusta varten edellämainittua tyyppiä olevalle hitsauslaitteelle on ominaista se, että laite käsittää mittauslaitteen, joka muodostaa ainoastaan keskimääräistä valokaaritehoa edustavan mittasuureen, vertailulaitteen joka vertaa mittasuuretta ennalta asetettuun vertailusuureeseen ja poikkeaman esiintyessä kehittää säätösuureen ensimmäisen säätölaitteen ohjaamiseksi, joka vaikuttaa korjaavasti säätöparametriin tehon pitämiseksi pääasiassa muuttumattomana.

Selvyyden vuoksi mainittakoon, että keskimääräinen valokaariteho määrittää työkappaleelle söytetyn lämpömäärän, jolloin tämän tehon säädöllä tarkoitetaan työkappaleeseen tuodun lämpömäärän säätöä. Riittämätön lämpömäärä aiheuttaa heikon kiinnitarttumisen, hitsauslangan sijaitessa työkappaleella, kun taas liian suuri lämpömäärä aiheuttaa työkappaleen liiallisen sulamisen, jolloin syntyy reikiä, ohueen levyyn. Sopiva lämpömäärä aiheuttaa sopivan "tunkeuturnis"-asteen.

Keksinnönmukaisen hitsaussysteemin etuna on lisäksi mahdollisuus valo-kaarihitsausprosessin automatisointiin sallien vähemmän ammattitaitoisen hitsaajan säätää laitetta sekä aikaansaaden vakiolaatuisen hitsin. Kuten edellä mainittu, on tämä erikoisen tärkeää oikosulku-valokaarihitsauksella valmistettujen hitsien suhteen.

Eräässä toteutuksessa säätöparametrina käytetään hitsauslangan syöttö-nopeutta V. Tätä tarkoitusta varten laitteeseen kuuluva moottorinsyöttölaite on yhdistetty ensimmäisen säätölaitteen ulostuloon. Tämän etuna on erittäin yksinkertaisen hitsauslaitteen aikaansaaminen. Kuitenkin hitsausnopeus täytyy sovittaa sulamisnopeuden mukaan, joka tässä tapahtumassa vaihtelee hieman.

Toisessa toteutuksessa säätöparametrina käytetään hitsaustyhjäkäynti-jännitettä Eq. Tämä menettely aikaansaa tarkemman hitsauslaitteen, joka omaa vakiosulamisnopeuden.

Keskimääräinen oikosulkuteho keksinnönmukaisen menetelmän mainituissa toteutuksissa mitataan edullisesti joko pidennetyn aikavälin aikana tai jakson aikanan T mittaamalla joko keskimääräinen valokaarivirta I^gem valokaaren aikana T^ tai valokaariaika T·^. Vaikkakin käsitys keskimääräisestä valokaari-tehosta saadaan mittaamalla jännite hitsausvirtalähteen navoista tai hitsaus-langan pitimen päätteestä valokaarijakson aikana ja kertomalla tämä jännite 60822 valokaarivirralla ja integroimalla ajan suhteen, jälkimmäiselle toteutuk selle on ominaista mittauksen yksinkertaisuus. Eroavaisuus hitsausvirtaläh-teen napajännitteessä valokaarijännitteen ja oikosulkujännitteen välillä voidaan ilmaista helposti elektronisen laitteen avulla, joka sallii valokaari-ajan ja oikosulkuajän mittaamisen. Koska on havaittu, että oikosulku-valo-kaarihitsauksessa valokaarijännitteen voidaan olettaa olevan verrattain vakion, riittää määrittää keskimääräinen valokaarivirta valokaaren aikana ja säätää prosessia tulon A^.I^ avulla jaksoa kohti tai, pidennetyn ajan t aikana, laskemalla yhteen tulot -^genT^b a^an ^ ^ulueGsa·

Jos kehittyneemmässä automaattisessa hitsauslaitteessa ulostulevan hit-sauslangan pituus ei vaihtele, riittää säätö valokaariajan T tai suhteellisen valokaariajän suhteen parametrina vakiollista keskimääräistä valokaari-tehoa varten.

Hitsattaessa jatkuvaa valokaarta käyttäen, on 1 ja proseseia voidaan säätää keskimääräisen valokaaritehon tai keskimääräisen valokaarivirran avulla siten, että edellämainittu itsesäätövaikutms paranee ja saavutetaan paremmat hitsaustulokset. Jokaisessa tapauksessa tällaisessa säätölaitteessa muutokset ja vaihtelut hitsauspiirin kosketusvastuksessa, jotka aina vaikuttavat hitsausenergiaan ja siten valokaaren tehoon, poistuvat säädön vaikutuksesta.

Keksinnönmukaisessa hitsausjärjestelmässä käytetään edullisesti integroivaa vahvistinta, jonka avulla saadaan yksinkertaisesti mitattuna keskimääräinen valokaariteho, jota vastaa A..I, tai yhteenlasku I, .T__ ajan t b bgem * bgem b aikana.

Esimerkin avulla esitetään seuraavassa eräs keksinnön toteutus mukaan-liitettyihin kaaviokuviin viitaten, joista kuva 1 on kaaviollien lohkoesitys keksinnönmukaisesta hitsaussysteemistä kuva 2 on kaaviollinen lohkoesitys keksinnönmukaisesta mittauslaitteesta, kuva 3 on referenssisuureella varustettu integroiva vahvistin, jota käytetään keksinnönmukaisessa hitsaussysteemissä ja kuva 4 on yksityiskohtaisempi piirikuvio keksinnönmukaisesta mittaus- Ja vertailulaitteesta.

Tarkasteltaessa kuvaa 1 on keksinnönmukainen hitsaussysteemi varustettu symbolisesti esitetyllä päätteellä 1, joka on yhdistetty hitsausenergiaa syöttävään verkkovirtaan. Hitsausenergialähteessä 2 on kaksi ulostulopäätettä 4 ja 5> joiden väliltä voidaan mitata hitsausjännite ja, kun hitsausta ei tapahdu, napajännite EQ·

Hitsausenergialähde 2 voi olla varustettu sisääntulolla 3» jonka avulla tyhjäkäyntiJännite Eq voidaan asettaa. Tähän tarkoitukseen käytetäein edullisesti tyristorisäädettyä lähdettä, Johon liittyy säätöyksikkö tyristoreja varten. Hitsausenergialähteet syötettyinä kaksivaiheisesta tai monivaiheisesta sähköverkosta ja mahdollisesti varustettuina tyristorisäätöyksiköllä i H';,· ,i t ,! 6 60822 oletetaan tunnetuiksi. Koska ne eivät muodosta osaa keksinnön ideasta, ei niitä esitetä. Hitsauslanka 7 syötetään langanpitimeen 6 ja sitä ohjaa työkappalee-seen 10 ohjauskappale 8, joka on varustettu päätteellä 9· Valokaari 11 sulattaa langan ja muodostaa sulatteen 12 työkappaleeseen käytetystä hitsausmenet-telystä riippuen. Hitsaus energiaa syötetään kaapeleitten 13 ja 14 kautta, kaa-r pelin 13 yhdistäessä päätteet 4 ja 9 ja kaapelin 14 yhdistäessä päätteen 5 lähteestä 2 työkappaleeseen 10. Täten hitsauspiiriin kuuluu hitsauskaapeli 13, ohjauskappaleen 8 käsittävä langanpidin 6, ulostuleva hitsauslanganpätkä 15, valokaariosa 11, työkappale 10 ja hitsauskaapeli 14· Lankaa 7 syötetään kelalta 18 akselin 17 käyttämien telojen 16 avulla. Akseli 17 on yhdistetty moottoriyksikköön 19» jota säätää moottorinsäätölaite 20, joka voi olla itse-säätävä ja antaa vakionopeuden V langalle tai sitä voidaan säätää eisääntulon 21 tai sisääntulon V^ kautta siten, että nopeus V on säädettävissä laajoissa rajoissa. Keksinnön mukaan tähänmennessä esitetty tunnettua tyyppiä oleva hit-saussysteemi on varustettu mittauslaitteella 22, jossa on sisääntulo 23, johon syötetään arvot valokaaren 11 keskimääräisen valokaaritehon määrämiseksi. Tämä on esitetty symboolisesti kuvassa 1 katkoviivalla , joka yhdistää valokaaren 11 sisääntuloon 23· Keskimääräistä valokaaritehoa esittävä mittaus-suure johdetaan johdon 24 kautta vertailulaitteeseen 25, jonka sisääntulon 26 johdetaan vertailusuure R.

Jos mitatun suureen arvo poikkeaa arvosta R, vertailulaitteen ulostuloon 27 muodostuu säätösignaali, joka ohjataan ensimmäiseen säätölaitteeseen 28. Laite 28 voi olla vahvistinpiiri mitoitettuna siten, että sopiva säätösignaali muodostuu hitsausteholähteeseen 2 sisääntuloon 3 yhdistettyyn johtoon 29, jos teholähde 2 on varustettu hitsausenergian asetuslaitteella. Nämä asetus-laitteet ovat tunnettuja ja voivat ne olla joko transduktori-tyyppisiä sallien hitsausjännitteen, hitsausvirran tai molempien asetuksen tai voivat ne käsittää esimerkiksi tyristoteja, joiden avulla tyhjäkäyntijännitteestä E muodostuva säätöparametri säädetään sisääntuloon 3 yhdistetyn säätöyksikön avulla. Myös säätölaitteesta 28 saatava säätösignaali voidaan syöttää johdon 30 kautta moottorisäätölaitteen 20 sisääntuloon 21. Tällaiset säätölaitteet ovat myös tunnettuja ja on ne yleensä varustettu tyristorisäätimillä ja tako-generaattoritakaisinkytkentälenkeillä asetetun langan nopeuden pitämiseksi vakiona. Edellämainittujen säätöparametrien lisäksi, kuten napajännitteen E , hitsausjännitteen, hitsausvirran, hitsausenergian ja langansyöttönopeuden V, voidaan käyttää myös muita säätöparametreja, kuten langanpitimen ja työkappa-leen välistä etäisyyttä, hitsausnopeutta sekä näiden sopivia yhdistelmiä.

• ·' i \ 7 60822

Hitsaussysteemin lisäautomaatio saadaan, jos tiedote langan läpimitasta kelalta 18 saatuna ohjataan johdon J1 kautta vertailupiiriin 25 aiheuttaen tämän piirin ominaisuuksien tai vertailusuureen R arvon muuttumisen vastaavasti.

Täten saadaan hitsaussysteemi, jonka toiminta on huomattavasti yksinkertaistunut, koska jäljelle on jäänyt vain yksi asetussäädin, nimittäin langan syöttönopeutta V varten, johon vertailusuure R on liitetty, kuten kuvassa ] katkoviiva välillä R - osoittaa.

Kuva 2 esittää osaa kuvan 1 mukaisesta hitsaussysteemistä yhdessä mittauslaitteen 22 kanssa kehittyneemmässä lohkokaaviomuodossa. Mittauslaitteen 52 päätteet 25a ja 25b on yhdistetty hitsauspiiriin, johon kuuluu pieni impedanssi 35. Tällöin saadaan hitsausvirtaan verrannollinen Jännite. Hitsaus-jännite mitataan väliotoista 34 ja 35 kaapeleilta 13 ja 14 vastaavasti.

Väliotto 34 on yhdistetty sisääntuloon 23b väliotto 35 on yhdistetty sisääntuloon 23c. Mittauslaitteessa 22 on sisääntuloihin 23b ja 23c kytketty yksikkö 5b, johon kuuluu pulssinmuokkaaja varustettuna tunnetuilla rajoitus- ja jännitetason ilmaisuvälineillä. Hitsausjännitteestä, jolla oikosulku -valo-kaarihitsauksessa on kaksi arvoa, nimittäin 1-10 voltin suuBtnen oikosulku-jännite ja noin 15-55 voltin smtmLnen valokaaren jännite, voidaan johtaa suorakulmainen signaali, jonka reunat yhtyvät ajallisesti siirtymiseen valokaaresta oikosulkuun tai oikosulusta valokaareen. Pulssinmuokkaaja voidaan varustaa suodatinyksiköillä, jotka eliminoivat satunnaiset oikoeulut. Yksikköön 36 edelleen kuuluu ajoitin, joka mainittujen suorakulmaisten signaalien ohjaamana muodostaa aikasignaaleja, jotka ovat mittoja valokaariajasta ja jakson ajasta T. Esimerkiksi aikana kytkin voi olla suljettuna saaden virtalähteen varaamaan kondensaattorin jännitteeseen, joka vastaa aikaa T. ja b vastaava laite voi antaa jännitteen, joka vastaa aikaa T. Syöttämällä nämä jännitteet jakopiiriin saadaan jännite, joka on verrannollinen suhteelliseen valokaariaikaan A^· Mainittu suorakulmainen jännite voidaan syöttää johdon 37 kautta virranmittauslaitteeseen 32 valokaarivirran johtamiseksi hitsaus-virrasta nv'n, että laitteen 32 ulostulosta 38 saadaan signaali, joka edustaa keskimääräistä valokaarivirtaa kertovaa piiriä 39 varten. Johdon 40 kautta saadaan yksiköstä 36 signaali, joka vastaa suhteellista valokaariaikaa A, ,

U

piiriin 39. Kertovan piirin 39 ulostulosta 41 saadaan signaali, joka vastaa mittaus suuret ta ja on yhtäsuuri kuin tulo ·

Hitsattaessa jatkuvaa valokaarta käyttäen, yksikkö 36 muodostaa signaalin johtoon 40 vastaten kiinteää arvoa A^ = 1. Tässä tapauksessa pulssinmuokkaaja antaa suorakulmaisen testijännitteen suorakulmaisen jännitteen asemasta muodostettuna oikosulkuvalokaarihitsauksessa oikosulkujännite/valokaarijännite-jakson mukaisesti. Tällä on merkitystä, jos virranmittauslaitteessa on 8 60822 integroiva toiminta ja se vaatii nollaussignaalin, esimerkiksi johdon 37 kautta. Hitsausmenetelmissä, joissa ulostulevan hitsauslangan pituus 15 kuvassa 1 pysyy vakiona, kuten asia on automaattisissa hitsaussysteemeissä, tämän on havaittu riittävän säädön suorittamiseen vakiollisen keskimääräisen valokaaria jän T^ tai ajan suhteen. Tässä tapauksessa kuvassa 2 yksiköt y? ja 39 voidaan poistaa tai yksikkö 32 voi antaa vakiosignaalin kertovaan piiriin 39·

Kuvassa 3 on esitetty integroiva piiri, jota voidaan keksinnönraukaisessa hitsaussysteemissä käyttää vertailupiirinä 25· Vahvistimen 42, joka -.oi olla operaatiovahvistin, ulostulossa 43 muodostuu säätösuure jännitteenä maan suhteen. Sisääntulo 45 on yhdistetty maahan ja sisääntulo 44 on yhdistetty ulostuloon integroivan kondensaattorin 4$ avulla. Sisääntulo 44 on yhteenlasku-piste mittausvirtaa ja vertailuvirtaa varten, jolloin jälkimmäisen virran määrää vastus 47 ja potentiometrin 49 liu'ulla 48 oleva jännite. Potentiometriä syötetään vakiollisella vertailujännitteellä E . Säätösuure on nolla, kun vertailuvirta virtaa sisääntulopäättceseen 24, joka tarkoittaa, että mittaussuureena asianomaisena aikana on virran arvo, joka vastaa haluttua vertailuarvon asetusta. Tämän vertailupiirin etuna on, että integroiva toiminta sallii joidenkin suodatus- ja tasoitusyksikköjen poistamisen säätöpiiristä.

Kuvan 3 mukaisen intergaattorin edullinen käyttö on esitetty kuvan 4 pii-rikaavoissa, joissa kuvan 2 yksikköjen 32,36, ja 39 eri toiminnat on yhdistetty. Pulssinmuokkaaja 50» jonka eisääntulopäätteisiin 23h ja 23c syötetään 'äliotoista 34 ja 35 kaapeleista 13 ja 14 vastaavasti saatu hitsausjännite, muodostaa ulostulopäätteessään 52 suorakulmaisen singaalin 51, joka syötetään yksikköön 53* johon kuuluu kaksi toisiinsa kytkettyä monostabiilia multivib-raattoria. Suorakulmaisen signaalin 51 johtoreunalla 56, joka vastaa oikosulun päättymistä, ensimmäinen multivibraattori käynnistyy muodostaen lyhyen otospulssin 57 ulostuloon 55· Otospulssin jättöreuna laukaisee toisen multi-vibraattorin, joka tuloksena muodostaa nollauspulssin ulostuloon 54·

Virranmittauslaite 32 on varustettu puskuri- ja mittausvahvistimella 59, jonka sisääntulopäätteet on yhdistetty päätteisiin 23a ja 23b vastuksen 33* jonka lävitse hitsausvirta virtaa, ylitse olevan jännitteen vastaanottamiseksi. Vahvistimen 59 ulostulopäätteessä 60 muodostuu jännite, joka vastaa hitsaus-virtaa.

Ulostulo 60 on yhdistetty potentiometriin 61, jonka liuku 62 on yhdistetty kytkimen 64 päätteeseen 63 vastuksen 65 kautta. Kytkimen 64 toinen pää on yhdistetty vertailupiirin 25 sisääntuloon 24 mittaussuureen muodostamiseksi. Kytkimen 64 ohjaussisääntulo 66 on yhdistetty pulssinmuokkaajan 50 uloetuloon 54· Tämän tuloksena kytkin läpäisee virtaa sinä aikana, joka vastaa valokaari-aikaa T^ ja virta, joka vastaa valokaaren virtaa, syötetään sisääntuloon 44 yhteenlaskupisteeseen. Sisääntuloon 24 syötetyn varauksen suhteen voidaan 9 60822 olettaa, että potentiometri 61 ja vastus 65 yhdessä kytkimen 64 kanssa muodostavat kertovan piiri, koska

Tb h · dt - W t„ (1) o jolloin I, vastaa hetkellistä valokaarivirtaa ja I vastaa keskimääräistä 0 b 0 bgem valokaarivirtaa aikajakson aikana.

Integroiva kondensaattori 46 voidaan oikosulkea kytkimen 67 avulla, jonka ohjaussisääntulo 68 on yhdistetty ulostuloon 54· Nollauspulssi 58 saa kytkimen 67 läpäisemään virtaa lyhyen aikaan niin, että kondensaattorin 46 varaus tulee nollaksi.

Vahvistimen 42 ulostulo 43 on yhdistetty kytkimen 69 kautta, jossa on ohjaussisääntulo 70, varastoivaan kondensaattoriin 71» joka on maadoitettu ja ulostulossa 27 muodostuu jännite, joka vastaa säätösuuretta. Ohjaussisääntulo 70 on yhdistetty ulostuloon 55 aiheuttaen kytkimen 69 lyhytaikaisen sulkeutumisen otospulssin 57 vaikutuksesta.

Pulssit 57 ja 5Θ esiintyvät säännöllisin aika välein pulssien välin vastatessa jakson aikaa T. Koska pulssi 57 esiintyy ensin, jännite ulostulossa 43 syötetään, aikaa T vastaavin aikavälein, varaB-toivaan kondensaattoriin 71, joka säilyttää tämän informaation seuraavan jaksoajan T aikana, tfcmän arvon voidessa olla erilaisen. Välittömästi pulssin 57 jälkeen pulssi 56 nollaa in-tegraattorin 42-46 niin, että edeltävän jakson integroitu arvo poistuu. Kytkimiä 67 ja 69 yhdessä säätöjen kanssa voidaan pitää jakavana piirinä, joka määrittää valokaarivirran 1^ ja valokaariajan suhteen jakson aikaan T.

Jaksoajan T kuluessa vertailulähde, joka muodostuu «akiojännitelähteestä Er> jaksosuhteen B omaavasta potentiometristä 49 ja vastauksesta 47, syöttää varauksen (jr sisääntulon 44 yhteenlaskupisteeseen. Vastuksen 47 arvo on R siten, että korkeintaan referenssivirta Ir = E^/r^^ voidaan syöttää. Ehto:

Qr « B . Ir . T (2) on voimassa. Jos edelleen oletetaan , että jännite Er 0n positiivinen ja jännite ulostulossa 60 on negatiivinen, jännite V., ulostulossa 45 on yhtäsuuri 43 kuin jännite V^g kondensaattorin 46 ylitse, jota vastaavat seuraavat ehdot: v45 - v46 * V°46 (?) jolloin on kondensaattorin 46 kapasitanssi ja Q ^ on sen varaus.

vt v 10 60822

Edelleen on! Q46 = K " Qr (4) niin, että _

Dgem . .T, - B . I . T

T43 - —-5--- (5) °46 tai

T

T71 " T43 ‘ — [ H · Vem ' B : Ir ] (6) °46

Yhtäl.stä (6) seuraa, että kondensaattorin jännite V,^, joka muodostaa säätdeuureen, on nolla, kun lauseketta A. . I, vastaava keskimääräinen b bgem valokaariteho on yhtä suuri kuin B.I^· On selvää, että mainittua tehoa voidaan säätää ja hitsaaja voi määrätä sen halutun hitsausliitoksen suorittamiseksi huomioimalla langansyöttönopeuden.

Kuten kirvan 4 esitys selvästi osoittaa, integroivalla vahvistimella 43 yhdessä kondensaattorin 46 kansaa on integroiva vaikutus mittaussignaalin suhteen ja säätosignaalin muodostumisen suhteen, Säätölenkki sulkeutuu vain lyhyeksi aikaa otospulssin aikana. Stabiilin ja värähtelemättömän, verrattain nopean vasteen omaavan säätöpiirin saamiseksi on edullista varustaa kuvan 1 ensimmäinen säätölaite 2B integroivalla toiminnalla, joka laskee yhteen sää-tösuureen päätteessä 27 kuvassa 4 ja rajoittaa sen suurimman positiivisen tai negatiivisen arvon, koska oikosulku-valokaarihitsausta käytettäessä pn havaittu, että satunnaiset häiriöt aiheuttavat liian suurten pisaroiden muodostumisen, joka suureita A^ ja 1^ mitattaessa aiheuttavat säätösuureen ar- j von nousun tavattoman suureksi ulostulossa 27. Koska muut säätävät aikavakiot ja sulan lammikon hitsaus ovat riittävän suuria, sellainen yhteenlasku, joka aiheuttaa rajoituksen edellämainitussa esimerkissä, ei ole epäedullinen säädön suhteen, koska hitsin, laatuun ei vaikuteta haitallisesti.

Keksinnön mukaisen hitsaussysteemin toisessa toteutuksessa, joka voidaan johtaa kuvan 4 mukaisesta piirikaaviosta, säätöpiiri on jatkuvasti suljettuna, koska integroiva vahvistin yhdessä kondensaattorin 46 kanssa muodostaa osan säätöpiiristä. Tämä järjestely saavutetaan poistamalla yksikkö 55, kytkimet li 608 22 O7 ja 69 ja kondensaattori Jl, Säätö tapahtuu nyt keskimääräisen ar\on 1·^·^ suhteen huomattavasti pitempänä aikana kuin jakson aika T. Tässä tapauksessa yhtälöstä (l) tulee:

Sn ' ε“ ttbgem· V (7) ja yhtälöstä (2) tulee:

Qr = B ' Jr ‘ t (ö) jolloin t on aika hetkellistä nollasta.

Tällöin yhtälö (6) saa muodon: v43 - _L [ Ma (W^ . B.g (9) °46

Yhtälöstä (9) voidaan myös päätellä, että keskimääräistä valokaaritehoa, jota edustaa summa (l-^gem ) ’ säädetään käyttäen referenssinä arvoa B.I^· t

Kuvan 4 mukaista piirijärjestelyä voidaan myös käyttää jatkuvassa valo-kaarihitsauksessa. Pulssiketju 51 voidaan muodostaa erillisenä tai voidaan se jättää käyttämättä niin, että kytkin 64 on jatkuvasti suljettuna ja yhtälössä (9) Tb on 1.

Tämä voidaan selittää seuraavien kaavojen avulla: keskimääräinen valokaariteho = 1 . summa j Eb*Ib,dt (lO) * <

Olettaen, että valokaarijännite Eb on likimain vakio, joka vastaa tyydyttävästi käytäntöä, saadaan

Tb

Pb - Eb/t . summa J Ib .dt (il) o P, » E, . summa (i, Tv) , s b h bgem . b' (12) t

Nyt, jos t = T, saadaan P = E . I . T, b b bgem b (15)

T

K K · K · K (14) b - b bgem t>

On selvää, että yhtälö (6) liittyy yhtälön (15) «Ja yhtälö (9) liittyy yhtälöön (12).

60822

Kuvia tarkasteltaessa on oletettu, että alan asiantuntijat tuntevat riittävästi käytettyjä komponentteja ja piirejä,kuten operaatiovahvistimia, multivibraattoreita, rajoittimia, tason ilmaisulaitteita jne sekä niiden käyttöä ja tämän vuoksi niiden yksityiskohtaisempi esittely on jätetty pois.

Mainittakoon, että esitetty hitsausBysteemi voidaan lisäksi varustaa:

Lisäsäätövfclineillä, joita käyttäjä voi käyttää käsin, langanpitlm&ssä tai jalalla ja jotka vaikuttavat hitsaustapahtuman parantamalla hitsatun liitoksen aloittamista tai päättämistä: lisäsäätövälineillä pulssinmuokkaajassa, jotka helpoittavat hitsaustapah-tuman aloittamista ja jotka, mahdollisesti, toimivat yhdessä inusitipiirin kanssa, joka varastoi säätösuureen viimeisimmän arvon tai säätölaitteen 26 viimeisimmän asetuksen kuvassa 1 helpoittaen hitsauksen aloittamista hitsaus-tapahtuman keskeytymisen jälkeen, kun esimerkiksi samantyyppisiä hitsejä tehdään sarjatyönä useisiin työkappaleisiin.

Claims (10)

13 60822

1. Hitsauslaite, joka on varustettu lankaelektrodin syöttölaitteella ja tarkoitettu oikosulkuvalokaarihitsaukseen ja joka käsittää hitsausenergian lähteen (2), laitteen sulavan lankaelektrodin (7) syöttämiseksi sekä elektrodin pitimen (6), jonka pinne on yhdistetty hitsausenergiaa antavaan lähteeseen (2), joka lähde on myös varustettu pinteellä, joka yhdistetään hitsattavaan työkappa-leeseen (10), jossa laitteessa määrätään hitsausvaiheen aikana säätöparametrit, kuten joutokäyntihitsaussyöttöjännite Eq ja lankaelektrodin syöttönopeus V, tunnettu siitä, että laite käsittää mittauslaitteen (22), joka muodostaa ainoastaan keskimääräistä valokaaritehoa P edustavan mittasuureen, vertailu-laitteen (25), joka vertaa mittaussuuretta ennalta asetettuun vertailusuuree-seen (R) ja poikkeaman esiintyessä kehittää säätösuureen ensimmäisen säätölaitteen (28) ohjaamiseksi, joka vaikuttaa korjaavasti säätöparametriin (Eq, V) tehon pitämiseksi pääasiassa muuttumattomana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hitsauslaite, jossa sulavaa lanka-elektrodia (7) syöttävään laitteeseen kuuluu moottorinsäätölaite (20), joka tulosuureen mukaan määrää elektrodin syöttönopeuden V, tunnettu siitä, että moottorinsäätölaite (20) on yhdistetty ensimmäisen säätölaitteen (28) ulostuloon (30).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hitsauslaite, jossa hitsausenergian lähteeseen (2) kuuluu ohjattavien kytkimien, kuten tyristorien ohjausyksikkö, jolloin ohjausyksikön tulosuure asettaa joutokäyntijännitteen Eq, tunnettu siitä, että ohjausyksikkö (2, 3) on yhdistetty ensimmäisen säätölaitteen (28) ulostuloon (29).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen hitsauslaite, tunnettu siitä, että vertailulaite (25) on integroiva vahvistin (42, 46), jonka ulostulo (43) on yhdistetty integroivan kondensaattorin (46) kautta ensimmäiseen sisääntuloon (44), kun taas toinen sisääntulo (45) on yhdistetty maahan ja ulostulo antaa säätösuureen, jolloin ensimmäinen sisääntulo (44) on myös mittasuureen ja vertai-lusuureen (R) summauspiste, joka jälkimmäinen suure määräytyy vertausjännitteeseen (Er) kytketyn potentiometrin (49) liikkuvan liittimen (48) asennon ja liikkuvan liittimen (48) sekä ensimmäisen sisääntulon (44) väliin kytketyn vastuksen (47) arvon avulla.

5· Patenttivaatimusten 1, 2, 3 tai 4 mukainen hitsauslaite, tunnet-t u siitä, että mittauslaitteeseen (22) kuuluu virranmittauslaite (32), jonka sisääntulo (23a, 23b) on yhdistetty hitsausvirtapiiriin (13, l4, 33) valokaari- lh 60822 virran mittaamiseksi ja jonka ulostulo (38) antaa ohjaussignaalin, joka on verrannollinen mainittuun virtaan siten, että mittasuure on verrannollinen keskimääräiseen valokaarivirtaan I, valokaariaikana T, . bgem h

6. Patenttivaatimusten 1, 2, 3 tai k mukainen hitsauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaite (22) on varustettu pulssinmuovaajalla (36, 50), jonka sisääntulo (23b, 23c) on yhdistetty hitsausjännitteeseen ja joka toimii oikosulku/valokaari/oikosulku-jakson aikana muodostuneita reunoja vastaten vastaavan ja edustavan suorakulmaisen signaalin kehittämiseksi ja on lisäksi varustettu ajoitinpiirillä (36), joka on yhdistetty puissimuovaajaan ja antaa ensimmäisen aikasignaalin, joka on valokaariajan T, mitta. b

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen hitsauslaite, tunnettu siitä, että ajoitinpiiri (36) antaa toisen aikasignaalin, joka on jaksoajan T mitta, ja on varustettu jakopiirillä, jonka avulla toinen aikasignaali jaetaan ensimmäisellä aikasignaalilla ja joka ulostulossaan antaa kolmannen aikasignaalin, niin että mittasuure on verrannollinen suhteelliseen valokaariaikaan A^, joka on yhtä suuri kuin T, /T. b

8. Patenttivaatimusten 5 ja 7 mukainen hitsauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaitteeseen kuuluu kertova piiri (39), johon mainittu ohjaussignaali ja mainittu kolmas aikasignaali syötetään ja joka ulostulo s s aan (l+l) muodostaa mainittujen signaalien tulon, niin että mittasuure on verrannollinen lausekkeeseen A. . I, b bgem

9. Patenttivaatimusten 5 ja 6 mukainen hitsauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaitteeseen (22) kuuluu kertova piiri (39), johon mainittu ohjaussignaali ja mainittu ensimmäinen aikasignaali syötetään ja joka ulostulossaan (Ui) muodostaa mainittujen signaalien tulon, niin että mittasuure on verrannollinen lausekkeeseen T, . I, b bgem

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen hitsauslaite yhdessä patenttivaatimuksen U kanssa, tunnettu siitä, että ajoitinpiiriin kuuluu kaksi mono-stabiilia multivibraattoria (53), joista toinen käynnistyttyään suorakulmaisen signaalin reunan avulla, joka vastaa oikosulun päättymistä antaa otospulssin (57), kun taas toinen käynnistyttyään reunan avulla, joka vastaa otospulssin päättymistä, kehittää nollapulssin (58), jolloin integroivan vahvistimen (b2, hG) ulostulo on kytketty ensimmäisellä kytkimellä (69) varastointikondensaattoriin (7l)» joka on maatettu ja jonka kautta voidaan johtaa pois jännite, joka on yhtä suuri kuin säätösuure, jolloin integroiva kondensaattori (hG) voidaan oikosulkea toisen kytkimen (67) avulla ja otospulssi (57) syöttää edelleen ensimmäisen kytkimen (69) ohjaussisääntuloon (70), niin että jälkimmäinen päästää läpi virtaa otospulssin aikana, jolloin nollauspulssi (58) syötetään toisen kytkimen (67) ohjaussisääntuloon (68), niin että jälkimmäinen päästää läpi virtaa nollauspulssin aikana. 15 60822