FI88547C - Saett och anordning foer reglering av svetsfoerloppet vid ljusbaogsvetsning - Google Patents

Description

88547

TAPA JA LAITE HITSAUKSEN KULUN SÄÄTÄMISEKSI VALOKAARIHIT-SAUKSESSA - SÄTT OCH ANORDNING FÖR REGLERING AV SVETSFÖRLOP-PET VID LJUSBÄGSVETSNING

5 Tämä keksintö kohdistuu tapaan säätää hitsauksen kulkua valokaarihitsauksessa sulatettavan elektrodin ja työkappa-leen välillä, jolloin hitsauksen kulku muodostuu vaihtele-vista valokaarijaksoista, joiden aikana elektrodimateriaali sulaa, ja oikosulkujaksoista, joiden aikana sulanut elektro-10 dimateriaali siirretään elektrodista työkappaleeseen, mikä tapa käsittää, että ensimmäinen hitsauksen kulusta riippuva suure mitataan ja tuotetaan tätä suuretta vastaava ensimmäinen signaali ja pitoarvosignaali, jolloin pitoarvosignaali on funktio toista hitsauksen kulusta riippuvaa suuretta 15 vastaavasta toisesta signaalista, ja hitsauksen kulkua säädetään pitoarvosignaalin ja ensimmäisen signaalin välisen eron mukaan.

Keksintö kohdistuu myös laitteeseen säädettävän energialäh-20 teen säätämistä varten, joka sisältyy hitsausaggregaattiin valokaarihitsausta varten tarkoitettuna hitsauksen kululle, joka muodostuu vaihtelevista valokaarijaksoista, joiden aikana elektrodimateriaali sulatetaan, ja oikosulkujaksois-: · ta, joiden aikana sulanut elektrodimateriaali siirretään 25- elektrodista työkappaleeseen, mikä laite käsittää ensimmäisen signaalimuuntimen hitsauksen kulusta riippuvan ensimmäisen suureen mittaamista varten ja ensimmäistä suuretta vastaavan ensimmäisen sähköisen signaalin tuottamista varten, toisen signaalimuuntimen toisen hitsauksen kulusta 3ö riippuvan suureen mittaamista varten ja toisesta suureesta riippuvan toisen sähköisen signaalin tuottamista varten, toisen signaalimuuntimen ulosmenoon liitetyn ensimmäisen piirin toisesta signaalista riippuvan kolmannen signaalin tuottamiseksi, toiseen piiriin sijoitettuna vastaanottamaan •35; kolmannen signaalin ja muodostamaan pitoarvosignaalin kolmannesta signaalista ja referenssisignaalin, virhesignaalin tuottamista varten, joka muodostaa erotuksen pitoarvosignaalin ja ensimmäisen signaalin välillä, ja virhesignaalin 2 88547 antamiseksi sen ulosmenossa energialähteen säätämiseksi virhesignaalin mukaan.

Valokaarihitsauksessa, erikoisesti käsihitsauksessa, on 5 nykyisin vaikeutena, että pisaramuodostus valokaarijaksojen aikana ei ole stabiili. Joskus muodostuu aivan liian suuria pisaroita, mikä häiritsee rytmiä pisaramuodostuksessa ja siirrossa ollen seurauksena roiskumista ja suihkeita. Tämä puolestaan näkyy huonontuneena tuottavuutena. Syynä mainitko tuihin vaikeuksiin on se, ettei tähän saakka ole tiedetty kuinka hitsausvirhe on sovitettava hitsausmenetelmään hyvän tuloksen saavuttamiseksi.

Tähän saakka tunnetussa tavassa säätää virtalähdettä hitsat-;.5 taessa asetetaan nimittäin haluttua työpistettä vastaava virtapitoarvo, tunnistetaan hitsausvirta ja kaarijännite, muutetaan virtapitoarvoa tunnistetun kaarijännitteen mukaan ja ohjataan virtalähdettä erosignaalilla, joka edustaa erotusta virtapitoarvon ja tunnistetun hitsausvirran välil-:0 lä.

Tältä säätötavalta puuttuu mahdollisuus hitsausvirran avulla kompensoida pisaran kasvaminen liian nopeasti tai liian hitaasti. Kuten edellä on mainittu, saadaan siksi epästabii-5 li pisaramuodostuksen kulku.

Tämän keksinnön tarkoituksena on siis osoittaa uusi tapa säätää hitsauksen kulkua, joka tapa johtaa stabiilimpaan hitsauksen kulkuun lyhyemmällä jaksoajalla, t.s. valokaari-0: jakson ja oikosulkujakson ajalla ja lisäksi korkeammalla tuottavuude11a.

Toinen keksinnön tarkoitus on aikaansaada laite tavan toteuttamiseksi.

: Päämäärä saavutetaan tavalla, joka sisältää alussa selostetut toimenpiteet ja joka on tunnettu siitä, että toinen i 3 88547 signaali suodatetaan ja näin suodatettua signaalia käytetään tuottamaan pitoarvosignaali, jolloin muutokset toisessa hitsauksen kulusta riippuvassa suureessa, jotka tapahtuvat taajuudella, joka on ennalta määrätyn taajuusintervallin 5 ulkopuolella, johon sisältyy haluttu oikosulkutaajuus hitsauksen kulussa, vaimenevat niin, että nämä muutokset vaikuttavat vähemmän pitoarvosignaaliin kuin muutokset, jotka tapahtuvat mainitun taajuusintervallin sisällä olevalla taajuudella.

10

Alussa selostetunlainen laite keksinnön mukaisen tavan toteuttamiseksi on tunnettu siitä, että kaistanpäästösuodin, jonka päästökaistalla on haluttu oikosulkutaajuus hitsauksen kulussa, on kytketty toisen signaalimuuntimen ulosmenon ja 15 toisen piirin sisäänmenon väliin.

Edellämainittu ensimmäinen suure on mieluiten hitsausvirta tai kaarijännite ja toinen suure kaarijännite tai hitsaus-virta. Voidaan kuitenkin myös käyttää näiden suureiden 20 kombinaatioita, kuten esim. hitsausenergiaa. On myös ajateltavissa lähteä muista hitsauksen kululle luonteenomaisista suureista. Seuraavassa oletetaan, että ensimmäinen suure on hitsausvirta ja toinen on kaarijännite.

2:5: Ilmaisulla kaarijännite tarkoitetaan tässä mittaukseen sopivaa jännitettä, joka käsittää varsinaisen kaarijännit-teen elektrodikärjen ja työkappaleen välillä. Mitattuun kaarijännitteeseen sisältyy tavallisesti myös jännitehäviö vapaassa elektrodipäässä hitsauspolttimen kosketinsuukappa-3.0: leen ja elektrodikär jen välillä.

Keksintö rakentuu olettamuksille, että on olemassa jaksoit-taisuutta hitsauksen kulussa. Tämä jaksoittaisuus on käsi-hitsauksella taajuusalueella l:stä aina 80 Hz:iin saakka, .3-5. mieluiten 3-50 Hz ja puoliautomaattisella ja kokoautomaatti-sella hitsauksella laajuusalueen 50-250 Hz sisällä, mieluiten 50-150 Hz. Vahvistamalla tätä jaksoittaisuutta, joka 4 88547 ilmenee kaarijännitteen muutoksina taajuuksilla, joilla on kapeampi taajuuskaista, joka on mainitulla taajuusalueella ja vaimentamalla kaarijännitemuutoksia mainitun taajuusalueen ulkopuolelta, jotka aiheutuvat liian nopeista tai liian 5 hitaista pisarakasvuista, voidaan saavuttaa stabiilimpi käynti.

Tässä keksinnössä otetaan edelleen huomioon aseteltu staattinen virtapitoarvo, t.s. työpiste. Mitä korkeammalle virta-0 arvo on asetettu, sitä suurempi muutos virtapitoarvossa saadaan määrätyllä kaarijännitteen muutoksella, joka tapahtuu taajuudella, joka on suodattimen päästökaistan sisällä.

Yhteenvetona on siis tällä laitteella se suuri etu, että se 5 antaa stabiilin käynnin ja siten korkeamman tuottavuuden.

Seuraavassa tätä keksintöä selostetaan toteutusesimerkeillä viittaamalla oheisiin piirustuksiin.

o Kuva 1 on blokkikaavio tämän keksinnön mukaisesta laitteesta.

Kuva 2 on jännite-virta-diagrammi, joka esittää tämän keksinnön mukaisen laitteen staattista työlinjaa.

5

Kuva 3 on piirikaavio ja esittää suotimen yhtä mahdollista toteutusta laitteessa 1 kuvassa 1.

Kuvassa 1 esitetään hitsausaggregaatille tarkoitettu virta-0 ohjattu hitsausvirtalähde 1 ja tähän kuuluvat säätölaitteet. Säätölaitteet sisältävät itse asiassa tunnetun virtasäätö-järjestelmän, jota yleisesti merkitään viitenumerolla 2, ja pitoarvonasetteluyksikön, jota yleensä merkitään viitenumerolla 3.

c

Virransäätöjärjestelmään 2 sisältyy mittauselin 4, joka on sijoitettu tuntemaan virtalähteen tuottaman hitsausvirran Is i s 88547 ja tuottamaan siihen verrannollisen jännitteen Us, vähentäjän 5, joka plus-sisäänmenossaan 6 vastaanottaa virtapitoar-von, joka edustaa referenssijännitettä Uref, joka ensimmäisessä miinus-sisäänmenossaan 7 vastaanottaa mittauselimen 5 tuottaman jännitteen Us, ja jonka ulosmeno on yhdistetty verrannollisesti integroivaan osaan 8, joka toimii säätövirheen eliminoimiseksi ja jonka ulosmeno on yhdistetty virtalähteeseen 1.

10 Virtalähde 1 tuottaa siis hitsausvirran Is, joka virtaa hitsauselektrodin 9 ja työkappaleen 10 kautta maahan ja jälleen virtalähteeseen. Mittauselin 4 tunnistaa virran Is ja tuottaa jännitteen Us, joka vähentäjässä 5 vähennetään referenssijännitteestä Uref. Täten tuotettu erosignaali Δυ 15 integroidaan verrannollisesti integroivassa osassa 8 ja ohjataan sitten ulosmenosignaalin AUint kanssa virtalähteeseen 1. Virransäätöjärjestelmä 2 pitää hyvin tunnetulla tavalla huolta siitä, että hitsausvirta niin tarkasti kuin mahdollista seuraa referenssiarvoa Uref, joka vastaa määrät-20 tyä aseteltua virtareferenssiä Iref. Referenssiarvo Uref asetellaan sisään potentiometrin 100 avulla.

Pitoarvon asetteluyksikkö 3 sisältää mittauselimen 11, joka on tarkoitettu tunnistamaan kaarijännitteen elektrodin 9 ja 25; työkappaleen 10 välillä ja tuottamaan kaarijännitteeseen verrannollisen signaalin Ub, vähentäjän 12, jonka plus-sisäänmeno 13 on yhdistetty mittauselimen 11 ulosmenoon, jonka ensimmäinen miinus-sisäänmeno 14 on yhdistetty jännitelähteeseen 15, joka antaa vakiojännitteen UO, ja jonka 3.0: toinen miinus-sisäänmeno 16 on yhdistetty potentiometriin 100 vahvistimen 17 kautta, jolla on vahvistusvakio a, jonka antaa alla annettu yhtälö. Edelleen sisältyy kertoja 18, jonka yksi sisäänmeno 19 on yhdistetty vähentäjän ulosmenoon ja jonka toinen sisäänmeno 20 on yhdistetty potentiometriin 35. 100, sekä kaistanpäästösuodin 23, jonka sisäänmeno on yhdis tetty kertojan ulosmenoon ja jonka ulosmeno on yhdistetty vähentäjän 5 toiseen miinus-sisäänmenoon 24.

6 38547

Pitoarvon asetteluyksikkö 3 asettelee sisään pitoarvon kaarijännitteestä riippuen ja sen toiminta on seuraava: kaarijännite mitataan mittauselimellä 11 ja tuotetaan signaali Ub, joka edustaa kaarijännitettä. Kaarijännitteen 5 poikkeama jännitteestä, joka vastaa valokaaren kuormituslin-jalle asetettua työpistettä, jolle pätee yhtälö Ua=axl-ref+UO, jossa a on vakio, Iref on virtapitoarvo ja UO on vakiojännite, määritetään vähentäjällä 12 ja näin tuotettu erosignaali AUb syötetään sisään kertojan 18 ensimmäiseen 0 sisäänmenoon 19. AUb kerrotaan kertojassa referenssijännitteellä Uref ja kertojaan aseteltavalla vakiolla. Tällä kertojalla otetaan huomioon todellinen työpiste valokaaren kuormituskäyrällä. Kuta korkeammalla staattinen virtapitoarvo on asetettu sitä suurempi pitoarvon muutos saadaan anne-,.5 tulle kaari jännitteen muutokselle, joka tapahtuu suotimen päästökaistalla olevalla taajuudella.

Kuvassa 2 tehdään selväksi yllä selostettujen toimenpiteiden tarkoitus jännite-virta-diagrammilla. Diagrammissa esitetään 0 valokaaren kuormituslinja A yhtälöllä U=axI+UO ja staattinen työlinja B esitetylle työpisteelle C, jolle pätee yhtälö Ua=axlref+U0 ylläolevan mukaisesti. Staattisen työlinjan kaltevuus annetaan yhtälöllä K=dU/dI ja kaltevuus on erilainen eri työpisteille valokaaren kuormituslinjalla. Suurenta-5 maila virtapitoarvoa Iref pienenee dU/dI:n absoluuttinen arvo, t.s. työlinja B tulee tasaisemmaksi. Valitsemalla sopiva arvo kertojaan aseteltavalle vakiolle kasvaa tai pienenee Iref:n vaikutus työlinjan kaltevuuden ja sen lisääntyvän tasaisuuden asteeseen yhdessä Iref:n lisääntymisen >0 kanssa. Mitatun kaarijännitteen poikkeaman työpistettä vastaavasta jännitteestä Ua määrättynä ajankohtana hitsauksen kulussa antaa AUb. Tätä jännite-eroa AUb vastaa muutos Ala asetellussa virtareferenssissä Iref. Kertojan 18 avulla aikaansaadaan jännitearvo AUmult, joka vastaa tätä arvoa r, Ala. Kuten kuvasta l käy ilmi, syötetään ulossignaali kertojasta 18 kaistanpäästösuotimeen 23 ja suodatetaan, minkä i 7 88547 jälkeen näin suodatettu signaali AUref vähennetään referens-sisignaalista Uref pitoarvosignaalin muodostamista varten.

Suotimen 23 ominaiskäyrä on sellainen, että muutokset kaari-5 jännitteessä, jotka tapahtuvat taajuudella, joka on alempi tai korkeampi kuin taajuudet määrätyllä taajuusintervallil-la, johon sisältyy haluttu oikosulkutaajuus, tulevat vaimennetuiksi enemmän kuin muutokset kaarijännitteessä, jotka tapahtuvat tässä intervallissa olevalla taajuudella. Tämä 10 johtaa siihen, että haluttu oikosulkutaajuus stabiloituu ja saavutetaan parempi hitsaustulos.

Kuvassa 3 esitetään suotimen mahdollinen toteutus. Tämä toteutus sisältää ensimmäisen verrannollisen derivoivan osan 15 30, ensimmäisen seuraajan 31 impedanssisovitusta varten alipäästön suotimen 32 ja toisen seuraajan 33. Verrannollinen derivoiva osa 30 sisältää jännitteenjakajan, jonka ylemmän osan muodostaa vastus R3, joka on kytketty rinnan kondensaattorin C3 kanssa, ja jonka alemman osan muodostaa 20 vastus Rl. Rl:n ja R3/C3:n välinen liitospiste on kytketty ensimmäisen seuraajan 31 plus-sisäänmenoon, jonka ulosmeno on yhdistetty alipäästösuotimeen 32. Alipäästösuodin 32 käsittää vastuksen R2, joka on kytketty ensimmäisen seuraajan 31 ulosmenon ja toisen seuraajan 33 plus-sisäänmenon 25: välille, sekä tämän toisen seuraajan 33 plus-sisäänmenon ja maan välille kytketyn kondensaattorin C2. Luonnollisesti voidaan suodin ja muut sisältyvät komponentit toteuttaa monella eri tavalla.

30: Valokaarikuormituslinjalle, jossa U0=20 V ja a=0,04, ovat seuraavat komponenttiarvot osoittautuneet sopiviksi R3=27 kn, Rl=18 kO, R2=15 kn, C3=2,2 μΈ ja C2=0,47 μΈ.

Keksintöä voidaan muunnella monin eri tavoin jäljempänä 35. olevien patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi voidaan pitoarvon asetteluyksikön 3 komponenttien toiminta toteuttaa tietokoneohjelmassa pienoistietokoneessa.

Claims (11)

1. Tapa säätää hitsauksen kulkua valokaarihitsauksessa sulatettavan elektrodin (9) ja työkappaleen (10) välillä, 5 jolloin hitsauksen kulku muodostuu vaihtelevista valokaari-jaksoista, joiden aikana elektrodimateriaali sulaa, ja oikosulkujaksoista, joiden aikana sulanut elektrodimateriaali siirretään elektrodista työkappaleeseen, mikä tapa käsittää sen, että ensimmäinen hitsauksen kulusta riippuva suure LO mitataan ja tuotetaan tätä suuretta vastaava ensimmäinen signaali (Us) ja pitoarvosignaali, jolloin pitoarvosignaali on funktio toista hitsauksen kulusta riippuvaa suuretta vastaavasta toisesta signaalista (Ub), ja hitsauksen kulkua säädetään pitoarvosignaalin ja ensimmäisen signaalin (Us) 5 välisen eron mukaan, tunnettu siitä, että toinen signaali (Ub) suodatetaan ja näin suodatettu signaali (AUref) käytetään pitoarvosignaalin tuottamiseen, jolloin muutokset toisessa hitsauksen kulusta riippuvassa suureessa, jotka tapahtuvat taajuudella, joka on ennalta määrätyn taajuusinko tervailin, jossa on haluttu oikosulkutaajuus hitsauksen kulussa, ulkopuolella, vaimenevat niin, että nämä muutokset vaikuttavat vähemmän pitoarvosignaaliin kuin muutokset, jotka tapahtuvat mainitun taajuusintervallin sisällä olevalla taajuudella. 5

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että pitoarvosignaali, jonka arvo riippuu hitsausta varten asetellusta työpisteestä (Ua, Iref), muodostetaan vähentämällä suodatettu signaali (AUref) referenssisignaalista (Uref). o-

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että ennen suodatusta muodostetaan erosignaali (AUb) toisen signaalin (Ub) ja työpistettä vastaavan signaalin (Ua) välillä. 5

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että työpistettä vastaavan signaalin (Ua) vähentämisen jälkeen 9 88547 mutta ennen suodatusta kerrotaan erosignaali (Aub) referens-sisignaalilla (Uref).

5. Laite säädettävän energialähteen (1) säätämistä varten, 5 joka sisältyy hitsausaggregaattiin valokaarihitsausta (10) varten tarkoitettuna hitsauksen kululle, joka muodostuu vaihtelevista valokaari jaksoista, joiden aikana elektrodima-teriaali sulatetaan, ja oikosulkujaksoista, joiden aikana sulanut elektrodimateriaali siirretään elektrodista työkap-10 paleeseen, mikä laite käsittää ensimmäisen signaalimuuntimen (4) hitsauksen kulusta riippuvan ensimmäisen suureen (Is) mittaamista varten ja ensimmäistä suuretta vastaavan ensimmäisen sähköisen signaalin (Us) tuottamista varten, toisen signaalimuuntimen (11) toisen hitsauksen kulusta riippuvan 15 suureen mittaamista varten ja toisesta suureesta riippuvan toisen sähköisen signaalin (Ub) tuottamista varten, toisen signaalimuuntimen ulosmenoon liitetyn ensimmäisen piirin (12-20) toisesta signaalista (Ub) riippuvan kolmannen signaalin (AUref) tuottamista varten, toisen piirin (100, 5, 6, 20 24) sijoitettuna vastaanottamaan kolmannen ja muodostamaan pitoarvosignaalin kolmannesta signaalista ja referenssisig-• naalin (Uref), virhe signaalin (Λυ) tuottamista varten, joka muodostaa erotuksen pitoarvosignaalin ja ensimmäisen signaalin (Us) välillä, ja virhesignaalin antamista varten sen '25' ulosmenossa energialähteen (1) säätämistä varten virhesignaalin mukaan, tunnettu siitä, että kaistanpäästösuodin (23), jonka päästökaistan sisällä on haluttu oikosulkutaa-juus hitsauksen kulussa, on kytketty toisen signaalimuuntimen (11) ulosmenon ja toisen piirin (100, 5, 6, 24) sisään-30. menon väliin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaistanpäästösuodin (23) on kytketty ensimmäisen piirin (12-20) ulosmenon ja toisen piirin (100, 5, 6, 24) sisäänme- 35 non väliin. 10 88547

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että suodin (23) muodostuu olennaisesti derivoivasta piiristä (30) ja alipäästösuotimesta (32).

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että pitoarvosignaalin muodostamista varten oleva toinen piiri (5, 6, 100, 24) käsittää vähentäjän (5), joka plus-sisäänmenossaan (6) ottaa vastaan referenssisignaalin (Uref) ja miinus-sisäänmenossa (24) ottaa vastaan kolmannen 0 signaalin (ÄUref).

8 88547

9. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäinen piiri (12-20) käsittää kolmannen signaalin muodostamista varten vähentäjän (12), joka on ö tarkoitettu muodostamaan erotuksen toisen signaalin (Ub) ja määrättyä työpistettä vastaavan signaalin (Ua) välillä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäinen piiri (12-20) käsittää kertojan (18) ensim- 0 mäisine sisäänmenoineen (19), joka on yhdistetty vähentäjän (12) ulosmenoon, toisine sisäänmenoineen (20), joka vastaanottaa referenssisignaalin (Uref) ja sisäänmenoineen, joka on yhdistetty suotimeen (23).

11 88547