NO129080B

NO129080B -

Info

Publication number: NO129080B
Application number: NO273068A
Authority: NO
Inventors: Collister J Mc; J Carroll
Original assignee: Lincoln Electric Co
Priority date: 1967-07-10
Filing date: 1968-07-09
Publication date: 1974-02-25
Also published as: BE717890A; CH478620A; ES355989A1; NL6809660A; NL159316B; DE1765731A1; GB1217565A; FR1573550A

Description

Foreliggende .oppfinnelse angår elektrisk lysbuesveising The present invention relates to electric arc welding

og en strømkilde til fremgangsmåtens utførelse. and a power source for carrying out the method.

Oppfinnelsen får særlig anvendelse i forbindelse med automatisk og halvautomatisk elektrisk lysbuesveising av metaller i vertikale sveiser, og ved under-oppsveising der man benytter forholdsvis tynne elektroder, og oppfinnelsen vil bli beskrevet med henvisning.til slik sveising selv om det'også er klart at oppfinnelsen har andre og mer omfattende anvendelser. The invention finds particular use in connection with automatic and semi-automatic electric arc welding of metals in vertical welds, and in under-welding where relatively thin electrodes are used, and the invention will be described with reference to such welding, although it is also clear that the invention has other and more extensive applications.

Med automatisk sveising menes at en-sveiseélektrode av ubegrenset lengde mates forbi en elektrisk kontakt som utgjør en del av sveisehodet og mot.det arbeidsstykke som skal sveises. Kon takten ligger vanligvis et eller annet sted mellom 6-18 mm fra arbeidsstykket, men avstanden kan også være -større. Den del som ligger mellom kontakten og elektrodens ende er i det følgende betegnet som elektrodeforlengelsen. Elektroden kan ha en hvilken som helst diameter, men oppfinnelsen omhandler særlig elektroder med et strømførende tverrsnitt på mellom 0,3 og 3,0 mm enten som marg-^elektrode eller som massivelektrode. Automatic welding means that a welding electrode of unlimited length is fed past an electrical contact which forms part of the welding head and towards the workpiece to be welded. The contact is usually somewhere between 6-18 mm from the workpiece, but the distance can also be greater. The part between the contact and the end of the electrode is referred to below as the electrode extension. The electrode can have any diameter, but the invention particularly deals with electrodes with a current-carrying cross-section of between 0.3 and 3.0 mm, either as a margin electrode or as a solid electrode.

Sveising under-opp, sveising, vertikalt og sveising i Bottom-up welding, welding, vertical and welding in

andre stillinger enn i en horisontal oppadvendt fuge blir i det følg-ende betegnet som "skjevsveising". Slik sveising medfører et problem ved at smeltebadet må holdes forholdsvis lite og ikke varmes særlig over smeltetemperaturen for metallet i arbeidsstykket. Hvis oppvarm-ingen er for sterk vil nemlig det smeltede metall bli for flytende og renne ut av smeltebadet. Videre må man ha en eller annen foran-staltning i stedet for tyngdekraften for å overføre metallet fra elektrodeenden til sveisens smeltebad. positions other than in a horizontal upward-facing joint are hereinafter referred to as "biased welding". Such welding entails a problem in that the molten pool must be kept relatively small and not heated particularly above the melting temperature of the metal in the workpiece. If the heating is too strong, the molten metal will become too liquid and flow out of the molten pool. Furthermore, one must have some kind of mechanism instead of gravity to transfer the metal from the electrode end to the weld pool.

Oppfinnelsen kan benyttes både med margelektroder og massive elektroder. Den beskyttelse man får av sveisen fra smeltingen og fordampningen av margen, belegg, kornformet flussmiddel, gasskjerming medC02eller inert gass eller blandinger av slike gasser, og andre midler reduserer ikke oppfinnelsens viktighet. The invention can be used both with marrow electrodes and solid electrodes. The protection obtained from the weld from the melting and evaporation of the core, coating, granular flux, gas shielding with C02 or inert gas or mixtures of such gases, and other means do not reduce the importance of the invention.

Ved lysbuesveising blir metall overført fra elektroden til arbeidsstykket etter den ene av to generelle mekanismer. Den første mekanisme innebærer at når en liten smeltet dråpe dannes på enden av elektroden, vil den dryppe av elektroden og overføres fra elektrodeenden til arbeidsstykket ved fri flukt. Dette kalles findråpeovergang og er vanligvis kjennetegnet ved en kontinuerlig høy strøm som er tilstrekkelig til å rive av de smeltede små dråper fra elektrodeenden like hurtig som de dannes. Denne høye lysbuestrøm er imidlertid ikke tilfredsstillende for skjevsveising fordi den sterke varme som frembringes av.lysbuen gjør smeltebadet for varmt og derfor for flytende. Ved skjevsveising er videre overføringen av, metall fra elektroden til smeltebadet ikke effektiv. Den annen mekaniske eller det annet prinsipp innebærer at de smeltede dråper som dannes på In arc welding, metal is transferred from the electrode to the workpiece by one of two general mechanisms. The first mechanism involves that when a small molten droplet forms on the end of the electrode, it will drip off the electrode and be transferred from the electrode end to the workpiece in free flight. This is called droplet transition and is usually characterized by a continuous high current sufficient to tear off the molten droplets from the electrode tip as fast as they are formed. However, this high arc current is not satisfactory for bias welding because the strong heat produced by the arc makes the molten pool too hot and therefore too liquid. In oblique welding, the transfer of metal from the electrode to the molten pool is also not efficient. The second mechanical or second principle implies that the molten droplets that form on

enden av elektroden berører smeltebadet og da river seg løs fra elektroden for så å bli trukket inn i smeltebadet av overflatespenningen i de smeltede metaller..Dette kalles grovdråpeoverføring. Oppfinnelsen omhandler slik grovdråpeoverføring av metall til smeltebadet. the end of the electrode touches the molten bath and then breaks free from the electrode and is then drawn into the molten bath by the surface tension of the molten metals. This is called coarse drop transfer. The invention deals with such coarse droplet transfer of metal to the molten bath.

Grovdråpeoverføringen skaper visse problemer fordi det i det øyeblikk da dråpene berører smeltebadet oppstår en kortslutning over kraftkilden, og denne kortslutning fortsetter inntil dråpen skilles fra elektroden. Hurtige filmopptak viser at lysbuen i dette øyeblikk slukker. Når dråpen rives løs fra elektroden, tennes lysbuen pånytt og det hele gjentar seg. The coarse droplet transfer creates certain problems because at the moment when the drops touch the molten pool, a short circuit occurs across the power source, and this short circuit continues until the droplet is separated from the electrode. Fast film recordings show that the arc is extinguished at this moment. When the drop is torn free from the electrode, the arc is ignited again and the whole process repeats itself.

Hurtige oscillogrammer som er tatt opp når det benyttes Fast oscillograms recorded when used

en kraftkilde med konstant spenning viser at de øyeblikkelige strøm-mer og spenninger er helt forskjellige fra de som vises med et typisk d'Arsonval-amperemeter eller voltmeter. Oscillogrammene viser at mens man har en lysbue vil strømmen avta eksponensielt fra 300-400 ampere til 50-80 ampere, og varmen fra lysbuen smelter både arbeidsstykket for å forme smeltebadet og elektrodeenden for å danne de smeltede dråper. Når dråpen berører smeltebadet, vil den kortslutning som oppstår bevirke at spenningen over lysbuen momentant faller omtrent til null og strømmen øker eksponensialt til en langt høyere verdi som bestemmes av parametrene i sveisekretsen. Denne strøm vil hurtig varme opp både dråpen og elektrodeforlengelsen inntil sluttelig en del av dråpen eller forlengelsen bryter sammen som en sikring, og på dette tidspunkt blir lysbuen etablert. Den minste strøm som kan få denne sikring til å bryte sammen vil naturligvis i en viss grad av-henge av det strømførende tverrsnitt av elektroden, og strømmen vil være omtrent 300 ampere for et tverrsnitt pa 0,5 mm 2 og noe større for en elektrode med et strømførende tverrsnitt på 3,0 mm 2. Strømmen faller nu eksponensialt mot en verdi som bestemmes av matehastig-heten for tråden og andre parametre eller faktorer i sveisekretsen. a constant voltage power source shows that the instantaneous currents and voltages are completely different from those shown by a typical d'Arsonval ammeter or voltmeter. The oscillograms show that while there is an arc, the current will decrease exponentially from 300-400 amps to 50-80 amps, and the heat from the arc melts both the workpiece to form the molten pool and the electrode end to form the molten droplets. When the drop touches the molten pool, the short circuit that occurs will cause the voltage across the arc to momentarily drop to approximately zero and the current to increase exponentially to a much higher value determined by the parameters of the welding circuit. This current will quickly heat up both the droplet and the electrode extension until finally part of the droplet or the extension breaks down as a fuse, at which point the arc is established. The minimum current that can cause this fuse to break will naturally depend to a certain extent on the current-carrying cross-section of the electrode, and the current will be approximately 300 amperes for a cross-section of 0.5 mm 2 and somewhat greater for an electrode with a current-carrying cross-section of 3.0 mm 2. The current now drops exponentially towards a value determined by the feed speed for the wire and other parameters or factors in the welding circuit.

De nevnte oscillogrammer viser også at det hurtige fall i strøm-styrken når lysbuen reetableres, frembringer en spenning i induktansen i kraftkilden, og denne spenning kommer i tillegg til kraft-kildens tomgangsspenning og opptrer over det nye lysbuegap. Denne "induktive spenning" som oppstår på grunn av at strømmen forandrer seg, vil også avta eksponensialt med den avtagende strøm i lysbuegapet. The aforementioned oscillograms also show that the rapid drop in current strength when the arc is reestablished produces a voltage in the inductance in the power source, and this voltage is added to the power source's no-load voltage and occurs across the new arc gap. This "inductive voltage" that occurs due to the current changing will also decrease exponentially with the decreasing current in the arc gap.

Den hastighet hvormed kortslutningsstrømmen stiger, den maksimum strøm som nås før lysbuen reetableres og den hastighet hvormed strømmen avtar når lysbuen er etablert pånytt har alle stor innvirk-ning på mulighetene for oppnåelse av tilfredsstillende sveis under varierende forhold og da særlig ved skjevsveising. The speed at which the short-circuit current rises, the maximum current that is reached before the arc is re-established and the speed at which the current decreases when the arc is re-established all have a major impact on the possibilities of achieving a satisfactory weld under varying conditions, and especially in oblique welding.

Hvis den hastighet hvormed strømmen stiger når dråpene kortslutter til smeltebadet er forholdsvis lav, vil elektrodeforlengelsen i løpet av den tid som er nødvendig for at strømmen skal øke til en verdi som får sikringen til å bryte sammen, ha tilstrekkelig tid til oppvarmning og brudd kan finne sted i elektrodeforlengelsen i stedet for i den smeltede dråpe. Når brudd finner sted i elektrodeforlengelsen vil den nye ende av elektroden ligge i større avstand fra smeltebadet enn tilfellet ville være om bruddet hadde funnet sted i dråpen, og det tar en lenger tid før neste kortslutning finner sted. Denne lenger tid fører så til at den smeltede dråpe som oppstår på enden av den fremmatede elektrode blir meget større enn den ville ha vært om bruddet hadde funnet sted nærmere smeltebadet. Videre øker lysbuetiden, noe som fører til en større oppvarming av smeltebadet. If the rate at which the current rises when the droplets short-circuit the melt pool is relatively low, the electrode extension during the time required for the current to increase to a value that causes the fuse to break will have sufficient time for heating and breakage to occur place in the electrode extension rather than in the molten droplet. When a break takes place in the electrode extension, the new end of the electrode will be at a greater distance from the melt bath than would be the case if the break had taken place in the droplet, and it takes a longer time before the next short circuit takes place. This longer time then causes the molten drop that occurs at the end of the fed electrode to be much larger than it would have been if the break had taken place closer to the melt bath. Furthermore, the arc time increases, which leads to greater heating of the melt bath.

Man skal på dette punkt merke seg at problemet med en langsom hastighet på strømmens stigning bare eksisterer når man benytter tynne elektroder i halvautomatisk sveising. Benyttes stavelektroder vil elektrodediameteren være vesentlig større og den er langt bedre i stand til å føre kortslutningsstrømmen uten at elektroden bryter sammen som en sikringstråd. At this point it should be noted that the problem of a slow rate of current rise only exists when thin electrodes are used in semi-automatic welding. If rod electrodes are used, the electrode diameter will be significantly larger and it is far better able to carry the short-circuit current without the electrode breaking down like a fuse wire.

Hvis maksimumstrømmen er for høy vil "sikringsbruddet" foregå som en eksplosjon og noen ganger tilstrekkelig kraftig til at det smeltede metall blåses ut av smeltebadet, og i alle tilfelle vil man få en spruting som ikke bare fører til tap av verdifullt sveisemetall, men som også fører til stygg sveis og omfattende rengjøringsarbeider. En høy maksimumstrøm fører dessuten til en høyere gjennomsnitlig If the maximum current is too high, the "fuse break" will take place as an explosion and sometimes sufficiently powerful that the molten metal is blown out of the molten pool, and in all cases a spatter will result which not only leads to the loss of valuable weld metal, but also leads to unsightly welding and extensive cleaning work. A high maximum current also leads to a higher average

strøm under lysbueperioden. current during the arcing period.

Den maksimumstrøm som nås før sikringsbruddet finner sted sammen med den hastighet hvormed strømmen avtar etterat lysbuegapet pånytt er etablert og sammen med den tid som går før den neste kortslutning finner sted, bestemmer den gjennomsnitlige lysbuestrøm. Hvis maksimumstrømmen er høy og den hastighet hvormed strømmen avtar er langsom, vil den gjennomsnittlige lysbuestrøm være høy. En høy gjennomsnittlig lysbuestrøm vil føre til for sterk oppvarming av smeltebadet slik at dette blir så tyntflytende at metallet ved skjevsveising vil renne ut av smeltebadet, og man vil ikke få noen sveis eller bare en mindreverdig sammenføyning.. The maximum current reached before the fuse breaks, together with the rate at which the current decreases after the arc gap is re-established and together with the time that elapses before the next short circuit takes place, determines the average arc current. If the maximum current is high and the rate at which the current decays is slow, the average arc current will be high. A high average arc current will lead to too strong heating of the molten bath so that it becomes so thin that the metal will flow out of the molten bath during oblique welding, and you will not get any weld or only an inferior joint.

De faktorer som bestemmer den hastighet hvormed strømmen stiger og den hastighet hvormed den synker bestemmes i første rekke av induktansen som enten er innvendig eller tilveiebringes av ekstra-utstyr eller oppstår på begge måter i • kraftkilden.. Hvis således induk-• tansen er forholdsvis høy vil den hastighet hvormed strømmen stiger og avtar være forholdsvis lav, og den gjennomsnittlige strøm under lysbueperioden vil være forholdsvis høy. Hvis induktansen er lav The factors that determine the rate at which the current rises and the rate at which it falls are primarily determined by the inductance which is either internal or provided by additional equipment or occurs in both ways in the power source. If the inductance is relatively high the rate at which the current rises and falls will be relatively low, and the average current during the arcing period will be relatively high. If the inductance is low

vil den hastighet hvormed strømmen stiger og faller være hurtigere, will the rate at which the current rises and falls be faster,

og den gjennomsnittlige strøm under lysbueperioden vil være lavere. and the average current during the arc period will be lower.

Oppfinnelsen angår, således en fremgangsmåte til elektrisk lysbuesveising der en kontinuerlig elektrode mates 'A-frem mot et arbeidsstykke, som skal sveises og en lysbue opprettholdes mellom enden av elektroden og arbeidsstykket, hvilken lysbue smelter arbeidsstykket og danner en sveisesmelte og smelter.enden av elektroden og danner dråper på denne, hvorved elektroden og sveisesmelteri kortsluttes, The invention thus relates to a method for electric arc welding where a continuous electrode is fed 'A-forward towards a workpiece, which is to be welded and an arc is maintained between the end of the electrode and the workpiece, which arc melts the workpiece and forms a welding melt and melts the end of the electrode and forms droplets on this, thereby short-circuiting the electrode and welding flux,

og oppfinnelsen er i det vesentlige kjennetegnet ved at elektroden kontinuerlig tilføres energi, fra en strømkilde omfattende to like-strømkilder der den første har en hovedsakelig konstant spenningsutgang ved variasjoner: i strømmen og en stigningshastighet for kort-slutnings strømmen på mindre enn 60 000 amp./sek., og den annen strøm-kilde har en stigningshastighet for kortslutningsstrømmen på mer enn 60 000 amp./sek. og en spenningsutgang som er hovedsakelig konstant ved variasjoner i strømmen opp til den maksimale strøm, hvorved stigningshastigheten for sveisestrømmen, ved kortslutninger mellom dråpene og sveisesmelten. økes for hurtig å øke sveisestrømmen opp til en verdi som er tilstrekkelig til å bryte kortslutningen hurtigere enn den ville bli brutt ved den førstnevnte stigningshastighet for strømmen. and the invention is essentially characterized by the fact that the electrode is continuously supplied with energy, from a current source comprising two direct current sources where the first has a substantially constant voltage output during variations: in the current and a rise rate for the short-circuit current of less than 60,000 amps. /sec., and the second current source has a short-circuit current rise rate of more than 60,000 amps/sec. and a voltage output which is essentially constant during variations in the current up to the maximum current, whereby the rate of rise of the welding current, in case of short circuits between the droplets and the welding melt. is increased to rapidly increase the welding current up to a value sufficient to break the short circuit faster than it would be broken at the first-mentioned rate of rise of the current.

Videre angår oppfinnelsen en strømkilde til utførelse Furthermore, the invention relates to a power source for execution

av den ovennevnte fremgangsmåte, omfattende-to likestrømkilder, of the above method, comprising-two direct current sources,

begge med et par utgangsklemmer,der klemmer med like polariteter er forbundet med hverandre og der klemmene er beregnet på å bli tilsluttet til én elektrode og til et arbeidsstykke som skal sveises, both with a pair of output terminals, where terminals with equal polarities are connected to each other and where the terminals are intended to be connected to one electrode and to a workpiece to be welded,

og den er i det,vesentlige kjennetegnet ved at den første strømkilde har en hovedsakelig konstant utgangsspenning ved varierende strøm og en stigningshastighet for kprtslutningsstrømmen-på mindre enn 60 000 amp./sek., mens den annen strømkilde har en stigningshastighet på kprtslutningsstrømmen på mer enn 60 000 amp./sek., og ved at den første strømkilde har en utgangsspenning som opprettholder en lysbue mellom elektrode og arbeidsstykke tilstrekkelig til å and it is essentially characterized in that the first current source has a substantially constant output voltage at varying current and a short-circuit current rise rate of less than 60,000 amps/sec, while the second current source has a short-circuit current rise rate of more than 60,000 amp./sec., and in that the first power source has an output voltage which maintains an arc between electrode and workpiece sufficient to

smelte dette og smelte elektroden for å danne en dråpe ved elektrodens ende, og den annen strømkilde har en utgangsspenning som hovedsakelig er konstant ved varierende strøm opp til den maksimale strøm for derved å tilføre ingen eller et minimum av strøm når en lysbue står mellom elektroden og arbeidsstykket, men tilstrekkelig til å tilføre strøm til elektroden når dråpen, fremdeles på enden av elektroden, kommer i berøring med sveisesmelten. melt this and melt the electrode to form a droplet at the end of the electrode, and the second current source has an output voltage that is essentially constant at varying current up to the maximum current to thereby supply no or a minimum of current when an arc is between the electrode and the workpiece, but sufficient to supply current to the electrode when the droplet, still on the end of the electrode, comes into contact with the weld melt.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart nærmere The invention will be explained in more detail below

under henvisning til tegningens fig. 1 og 2. Begge figurer viser oscillogrammer for strøm og spenning som funksjon av tiden ved anvendelse av en elektrode med én diameter på 0,9 mm som mates frem med konstant hastighet mot et arbeidsstykke og som tilføres energi fra en kraftkilde med konstant spenning og med en tomgangsspenning på 18 volt, samt en stigningshastighet for kortslutningsstrømmen på omtrent 70 000 amp./sek. på fig. 1 og omtrent 100 000 amp./sek. på fig. 2. with reference to the drawing's fig. 1 and 2. Both figures show oscillograms of current and voltage as a function of time using a single 0.9 mm diameter electrode that is advanced at constant speed toward a workpiece and energized from a constant voltage power source with an open-circuit voltage of 18 volts, as well as a rate of rise of the short-circuit current of approximately 70,000 amp./sec. on fig. 1 and approximately 100,000 amp./sec. on fig. 2.

På fig. 1 viser kurvene a og b henholdsvis de øyeblikkelige spenninger og strømmer. Kurvene a og b viser at like før kortslutningen er lysbuespenningen omtrent 24 volt og strømmen 100 ampere. In fig. 1 shows the curves a and b respectively the instantaneous voltages and currents. Curves a and b show that just before the short circuit the arc voltage is approximately 24 volts and the current 100 amperes.

I det øyeblikk da kortslutning finner sted, faller spenningen omtrent til null og strømmen stiger eksponensialt til 300 ampere på omtrent 0,01 sek. På grunn av den økende motstand i elektrodeforlengelsen på grunn av oppvarmningen, vil spenningen i løpet av denne tid stige til mellom 4 og 6 volt. Når sikringsbruddet eller smeltebruddet finner sted, stiger lysbuespenningen øyeblikkelig til omtrent 28 volt som er den statiske spenning generatoren har når lysbuestrømmen flyter pluss spenningen som skyldes selvinduksjonen, og deretter avtar spenningen eksponensialt i løpet av de nevnte 0,025 sek. til omtrent 24 volt, mens strømmen avtar eksponensialt fra omtrent 300 ampere til 100 ampere. At the instant the short circuit occurs, the voltage drops to approximately zero and the current rises exponentially to 300 amps in about 0.01 sec. Due to the increasing resistance in the electrode extension due to the heating, the voltage during this time will rise to between 4 and 6 volts. When the fuse break or meltdown occurs, the arc voltage rises instantaneously to about 28 volts which is the static voltage of the generator when the arc current is flowing plus the voltage due to self-induction, and then the voltage decays exponentially during the aforementioned 0.025 sec. to about 24 volts, while the current decays exponentially from about 300 amps to 100 amps.

På fig. 2 viser kurvene c og d henholdsvis strømmer og spenninger, og man ser at like før kortslutning er spenning og strøm tilnærmet de samme som på fig. 1. I kortslutningsøyeblikket faller spenningen igjen omtrent til null og strømmen stiger eksponensialt til 450 amp. Når smeltebruddet finner sted, stiger spenningen til 28 volt og strømmen faller i de neste 0,01 sek. fra 450 amp. til 80 amp. In fig. 2, curves c and d show currents and voltages respectively, and it can be seen that just before a short circuit, voltage and current are approximately the same as in fig. 1. At the moment of shorting, the voltage drops again to approximately zero and the current rises exponentially to 450 amps. When the fuse break takes place, the voltage rises to 28 volts and the current drops for the next 0.01 sec. from 450 amp. to 80 amps.

og det hele vil så gjenta seg. and it will all repeat itself.

En rekke fundamentale fenomener kan studeres i de to oscillogrammer . A number of fundamental phenomena can be studied in the two oscillograms.

Da elektrodene i begge tilfelle mates frem med samme hastighet, er den tid som er nødvendig for at den nye ende av elektroden skal komme i berøring med smeltebadet en angivelse av hvor smeltebruddet har funnet sted. På fig. 1 vil således den forholdsvis lange lysbuetid angi at smeltebruddet fant sted i forlengelsen og ikke i dråpen. Dessuten vil den forholdsvis høye lysbuestrøm og den relativt lange lysbueperiode skape problemer når det gjelder herre-dømmet over sveisen. Varme tilføres smeltebadet under lysbueperioden og den høye gjennomsnittlige strøm og lange tid gjør smeltebadet for varmt og derfor for flytende. Videre vil den høye sveisestrøm i den forholdsvis tynne elektrode føre til I 2R oppvarmning i elektrodeforlengelsen, noe som på sin side lett fører til dannelse av en meget større dråpe på enden av elektroden. Dette leder igjen til vanskeligheter når den neste kortslutning finner sted. Med en stor dråpe vil således kontaktarealet med elektrodens ende være større, og oppvarmning på grunn av kortslutningsstrøm finner sted i større grad i elektrodeforlengelsen enn i dråpen. Dessuten har smeltebadet en kjølevirkning på dråpen, og jo større dråpen er desto større vil kjølingen være. As the electrodes in both cases are fed forward at the same speed, the time required for the new end of the electrode to come into contact with the melt pool is an indication of where the melt break has taken place. In fig. 1, the relatively long arc time will thus indicate that the melt break took place in the extension and not in the drop. In addition, the relatively high arc current and the relatively long arc period will create problems when it comes to control over the weld. Heat is supplied to the melt bath during the arc period and the high average current and long time make the melt bath too hot and therefore too liquid. Furthermore, the high welding current in the relatively thin electrode will lead to I 2R heating in the electrode extension, which in turn easily leads to the formation of a much larger drop at the end of the electrode. This in turn leads to difficulties when the next short circuit occurs. With a large drop, the contact area with the end of the electrode will thus be larger, and heating due to short-circuit current takes place to a greater extent in the electrode extension than in the drop. In addition, the melt bath has a cooling effect on the drop, and the larger the drop, the greater the cooling will be.

På fig. 2 stiger kortslutningsstrømmen til en maksimum verdi som er vesentlig høyere enn de tre hundre ampere man trenger for å få til smeltebruddet. Dette skyldes det faktum at smeltebruddet krever en viss tid før de kan finne sted på grunn av de mekaniske krefter som virker og strømmen vil, på grunn av den store hastighet hvormed den øker, stige langt over den verdi som er nødvendig. In fig. 2, the short-circuit current rises to a maximum value that is significantly higher than the three hundred amperes needed to cause the fuse to break. This is due to the fact that the melt break requires a certain time before they can take place due to the mechanical forces acting and the current will, due to the great speed with which it increases, rise far above the value necessary.

Fig. 2 viser videre at fordi strømmen synker eksponensialt fra en meget høyere verdi enn det som er nødvendig for å få til smeltebruddet, vil den gjennomsnittlige strøm under lysbueperioden fremdeles være høyere enn det som er nødvendig for opprettholdelse av lysbuen. Denne høyere gjennomsnittlige lysbuestrøm skaper også problemer ved at smeltebadet blir mer flytende enn man ønsker. Det er naturligvis mulig å redusere tomgangsspenningen for kraftkilden slik at lysbuen slukker før den neste kortslutning finner sted med det resultat at lysbueperioden blir kortere. Dette forbedrer herre-dømmet over smeltebadet, men spruting vil fremdeles være et problem. Man vil se at for hver sveisemåte er det mulig å balansere sprute-problemet og den varme som overføres til smeltebadet ved passende valg av kraftkilde som har en stigningshastighet for strømmen som tilfredsstiller de spesielle forhold ved den sveising som skal ut-føres. Dette kan også gjøres ved hjelp av en enkel kraftkilde og ved justering av den innvendige induktans eller ved å sørge for en kraftkilde med stor stigningshastighet for strømmen og ved tilføyelse av en induktans i inngangskretsen. Fig. 2 further shows that because the current drops exponentially from a much higher value than is necessary to bring about the melt break, the average current during the arc period will still be higher than what is necessary to maintain the arc. This higher average arc current also creates problems in that the melt bath becomes more liquid than desired. It is of course possible to reduce the no-load voltage of the power source so that the arc is extinguished before the next short circuit takes place with the result that the arc period is shortened. This improves control over the melt bath, but spatter will still be a problem. It will be seen that for each welding method it is possible to balance the spatter problem and the heat that is transferred to the melt bath by choosing a suitable power source that has a rate of rise for the current that satisfies the special conditions of the welding to be carried out. This can also be done with the help of a simple power source and by adjusting the internal inductance or by providing a power source with a large rate of rise for the current and by adding an inductance in the input circuit.

Forskjellige måter er tidligere blitt foreslått for å løse disse problemer og for å komme frem til en forholdsvis sprutfri sveising med tilfredsstillende herredømme over smeltebadets temperatur. Different ways have previously been proposed to solve these problems and to arrive at relatively spatter-free welding with satisfactory control over the temperature of the melt pool.

I U.S. patent nr. 2.886.696 er det således beskrevet en kraftkilde med konstant spenning og med en tomgangsspenning som er mindre enn den man trenger for å opprettholde lysbuen, og man skal så justere induktansen i kretsen i forhold til sveisestrømmen slik at den induserte spenning opprettholder lysbuen og slik at antall kortslutninger som finner sted hvert sekund ligger over 50 og vanligvis over 100. Denne fremgangsmåte krever en nøyaktig tilpasning av induktans og lysbuestrøm og tilpasningen er noen ganger kritisk og vanskelig å få til i praksis. In the U.S. patent no. 2,886,696 thus describes a power source with constant voltage and with an open-circuit voltage that is less than that needed to maintain the arc, and one must then adjust the inductance in the circuit in relation to the welding current so that the induced voltage maintains the arc and so that the number of short circuits that take place every second is over 50 and usually over 100. This method requires an exact matching of inductance and arc current and the matching is sometimes critical and difficult to achieve in practice.

Fordi maksimum kortslutningsstrøm er høy vil dessuten den gjennomsnittlige sveisestrøm ligge høyt. Because the maximum short-circuit current is high, the average welding current will also be high.

I et forsøk på å nedsette den gjennomsnittlige sveise-strøm er det i det nevnte patent foreslått enten å senke induktansen ytterligere eller redusere tomgangsspenningen slik at lysbuen i virkeligheten slukker mellom to kortslutninger. Dette fører imidlertid til en ujevn eller klumpet sveiselarve eller ennu verre, til kaldsprekker, det vil si partier der sveiselarven ikke er helt smeltet til arbeidsstykket. In an attempt to reduce the average welding current, it is proposed in the aforementioned patent to either lower the inductance further or reduce the no-load voltage so that the arc actually extinguishes between two short circuits. However, this leads to an uneven or lumpy weld bead or, even worse, to cold cracks, that is, parts where the weld bead is not completely fused to the workpiece.

I U.S. patent nr. 3.071.680 er det beskrevet en like-strømkilde som skal holde lysbuen i live ved forholdsvis liten lys-buestrøm, mén tilstrekkelig til å danne en smeltet dråpe på enden av den fremmatede elektrode. En ytterligere kraftkilde i parallell med den nevnte kraftkilde avgir en rekke strømpulser som har tilstrekkelig strømstyrke til å rive de smeltede dråper som dannes av like-strømkilden av og overføre disse til smeltebadet ved findråpeover-føring. Pulsene frembringes med tilstrekkelig korte intervaller til at de smeltede dråper som dannes på enden av elektroden ikke har tid til å komme i kontakt med smeltebadet og derved kortslutte den førstnevnte kraftkilde. Disse pulser har imidlerid tilbøyelighet til å overoppvarme smeltebadet. Dessuten er overføringen av metall til smeltebadet vanskelig ved skjevsveisning. In the U.S. patent no. 3,071,680, a direct current source is described which should keep the arc alive at a relatively small arc current, but sufficient to form a molten drop on the end of the advanced electrode. A further power source in parallel with the aforementioned power source emits a series of current pulses which have sufficient current strength to tear off the molten droplets formed by the direct current source and transfer these to the melt bath by fine droplet transfer. The pulses are generated at sufficiently short intervals so that the molten droplets that form at the end of the electrode do not have time to come into contact with the molten bath and thereby short-circuit the first-mentioned power source. However, these pulses have a tendency to overheat the melt bath. In addition, the transfer of metal to the molten pool is difficult in oblique welding.

U.S. patent nr. 3.249.735 svarer i én viss grad til U.S. patent nr. 3.071.680 bortsett fra at impedansen ved noen utførelses-former står i serie med sveiseelektroden som så b]ir periodisk kortsluttet, slik at man får en periodisk findråpeoverføring av sveisemetall til smeltebadet uten at den gjennomsnittlige sveisestrøm blir så høy at smeltebadet overoppvarmes. U.S. Patent No. 3,249,735 corresponds to some extent to U.S. Pat. patent no. 3,071,680 except that in some embodiments the impedance is in series with the welding electrode which is then periodically short-circuited, so that a periodic fine droplet transfer of weld metal to the molten bath is obtained without the average welding current becoming so high that the molten bath is overheated .

Når det gjelder de to sistnevnte patenter er antallet av kraftige strømpulser gjentatt med en fast frekvens, vanligvis enten lysnettfrekvens eller et multiplum av denne. Dette gjøres ved å ut-føre den ytterligere kraftkilde som en vékselstrømtransformator med enten halvbølge eller halbølgelikeretning og uten anvendelse av filtrering i likeretternes utgang. In the case of the two latter patents, the number of powerful current pulses is repeated with a fixed frequency, usually either the mains frequency or a multiple thereof. This is done by implementing the additional power source as an alternating current transformer with either half-wave or half-wave rectification and without the use of filtering in the rectifier's output.

I det ovenstående er de optimale apparatparametre for kort-slutningsoverf øring behandlet, mens apparatparametrene som er de beste for sveising med kontinuerlig lysbue er helt forskjellig fra disse, In the above, the optimal device parameters for short-circuit transfer are discussed, while the device parameters that are best for continuous arc welding are completely different from these,

og utførelsen av et' sveiseapparat som vil arbeide tilfrédsstillende for alle sveisemetoder vil' bli behandlet i det følgende. and the execution of a welding apparatus which will work satisfactorily for all welding methods will be dealt with in the following.

I alminnelighet vil' apparatparametrene for et sveiseapparat som skal brukes til sveising ved kortslutningsoverføring være lav induktans, konstant utgangsspenning av en størrelsesorden på 15-50 volt, og man skal ha enten kunstig eller naturlig begrensning av kortslutningsstrømmen under eri kortslutningsoverføring. Apparatparametrene for margelektroder der overføringen foregår' ved fritt fall og kontinuerlig lysbue vil "være dé samme, men kortslutningsstrøm og induktans er ikke så kritisk, og vanligvis ér det ønskelig med høyere verdier for begge. Videre er apparatparametrene for sveising med stav-elektrode og neddykket elektrode helt forskjellig ved at tomgangsspenningene må være på 60-100 volt og forholdvis høy induktans er heldig, samtidig med at volt/ampere karakteristikken er sterkt fallende. In general, the device parameters for a welding device to be used for welding during short-circuit transfer will be low inductance, constant output voltage of an order of magnitude of 15-50 volts, and one must have either artificial or natural limitation of the short-circuit current during short-circuit transfer. The apparatus parameters for core electrodes where the transfer takes place by free fall and continuous arc will be the same, but short-circuit current and inductance are not so critical, and usually higher values for both are desirable. Furthermore, the apparatus parameters for welding with a stick electrode and the submerged electrode completely different in that the no-load voltages must be 60-100 volts and relatively high inductance is fortunate, at the same time that the volt/ampere characteristic is strongly falling.

En enkel måte å ta hensyn til alle disse karakteristika på i et apparat finnes ikke. There is no simple way to take all these characteristics into account in a device.

Ved foreliggende oppfinnelse tas det sikte på en strøm-kilde for elektrisk lysbuesveising som synes å ha egenskaper som tilfredsstiller de krav mån setter for dé sveisemetoder som idag benyttes ."For ' å" komme frem til et slikt apparat ble det imidlertid ut-viklet en ny sveiseprosess. The present invention aims at a power source for electric arc welding which seems to have properties that satisfy the requirements set by the welding methods that are used today. new welding process.

Ved foreliggende oppfinnelse har man kommet frem til en kraftkilde som overvinner alle de ovennevnte vanskeligheter og andre ulemper, samtidig med at kraftkilden er forholdsvis rimelig å frem-stille og muliggjør fremstilling av sveiser med god kvalitet ved sveising horisontalt, vertikalt, under-opp eller ved annen skjev sveising med et minimum av sprut. With the present invention, a power source has been arrived at that overcomes all the above-mentioned difficulties and other disadvantages, while at the same time that the power source is relatively reasonable to produce and enables the production of welds of good quality when welding horizontally, vertically, from below or at other crooked welding with a minimum of spatter.

I henhold til oppfinnelsen i dennes.største omfang skal According to the invention in its greatest scope shall

en kraftkilde for lysbuesveising være utstyrt med en kilde som har forholdsvis langsom stigningshastighet for kortslutningsstrømmen i kombinasjon med innretninger for vesentlig økning av denne stigningshastighet når utgangen fra kraftkilden er kortsluttet og for reduksjon av hastigheten når smeltebruddet finner sted. a power source for arc welding must be equipped with a source that has a relatively slow rate of rise for the short-circuit current in combination with devices for significantly increasing this rate of rise when the output from the power source is short-circuited and for reducing the rate when the melt break takes place.

I henhold til et trekk ved oppfinnelsen er en kraftkilde for automatisk sveising ved grovdråpeoverføring utstyrt med parallell-koplede hoved- og støttekraftkilder, der hovedkraftkilden avgir en forholdsvis konstant strøm som stiger langsomt eller ikke i det hele tatt når dråpene kommer i berøring med smeltebadet og avtar langsomt eller ikke i det hele tatt etterat lysbuen er reetableit. Støttekraft-kilden avgir imidlertid ingen eller liten strøm når lysbuen brenner. Når dråpen berører smeltebadet, vil strømmen stige meget hurtig slik at det oppstår et smeltebrudd. Når smeltebruddet finner sted, faller strømmenøyeblikkelig til null. I virkeligheten avgir støttekilden korte strømpulser som er tilstrekkelig til, men bare lenge nok til at smeltebruddet finner sted. According to a feature of the invention, a power source for automatic welding by coarse droplet transfer is equipped with parallel-connected main and auxiliary power sources, where the main power source emits a relatively constant current which rises slowly or not at all when the drops come into contact with the melt bath and decreases slowly or not at all after the arc is re-established. However, the support power source emits no or little current when the arc burns. When the drop touches the melt pool, the current will rise very quickly so that a melt break occurs. When the melt break takes place, the current instantly drops to zero. In reality, the support source emits short current pulses that are sufficient, but only long enough, for the melt breakdown to take place.

Støttekraftkilden har videre i henhold til oppfinnelsen, en maksimum kortslutningsstrøm som er avpasset til elektrodediameteren og til den strøm som angis av hovedkraftkilden for derved å begrense den maksimale kortnlutningsstrøm til det som er nødvendig til i det minste å skape smeltebruddet, men med et minimum av sprut. Dette kan gjøres ved å utføre støttekraftkilden slik at den blir selvbegrensende eller ved å kople en impedans i serie med kilden. The supporting power source further has, according to the invention, a maximum short-circuit current which is adapted to the electrode diameter and to the current indicated by the main power source in order to thereby limit the maximum short-circuit current to what is necessary to at least create the melt break, but with a minimum of spatter . This can be done by making the support power source self-limiting or by connecting an impedance in series with the source.

Mer bestemt kan en kraftkilde for automatisk elektrisk lysbuesveising i henhold til oppfinnelsen, omfatte en hovedkraftkilde med en forholdsvis konstant statisk spenningsutgang og en stigningshastighet for kortslutningsstrømmen på mindre enn 60.000 amp./ sek., med hovedkraftkilden koplet i parallell med en støttekraft-kilde som har en stigningshastighet for kortslutningsstrømmen på More specifically, a power source for automatic electric arc welding according to the invention may comprise a main power source with a relatively constant static voltage output and a rate of rise for the short-circuit current of less than 60,000 amp./sec., with the main power source connected in parallel with a support power source which has a rate of rise of the short-circuit current of

mer enn 60.000 amp./sek., der tomgangsspenningen for den sistnevnte kilde pluss kildens maksimale induktive spenning i det minste er more than 60,000 amp./sec., where the open-circuit voltage of the latter source plus the maximum inductive voltage of the source is at least

mindre og fortrinnsvis flere volt mindre enn tomgangsspenningen for hovedkraftkilden pluss dennes maksimale induktive spenning. less and preferably several volts less than the no-load voltage of the main power source plus its maximum inductive voltage.

Selv om det er mulig å sveise med begge kraftkilder som Although it is possible to weld with both power sources such as

har en stigningshastighet for kortslutningsstrømmen i nærheten av 60.000 amp/sek øker fordelene ved oppfinnelsen når forskjellen i stigningshastighet øker. Særlig øker fordelene med oppfinnelsen når stigningshastigheten for kortslutningsstrømmen i hovedkilden senkes til mellom 40.000 og 15.000 amp/sek og stigningshastigheten for kortslutningsstrømmen i støttekraftkilden økes til over 100.000 amp/ has a rate of rise of the short circuit current in the vicinity of 60,000 amp/sec, the advantages of the invention increase as the difference in rate of rise increases. In particular, the advantages of the invention increase when the rate of rise of the short-circuit current in the main source is lowered to between 40,000 and 15,000 amp/sec and the rate of rise of the short-circuit current in the auxiliary power source is increased to over 100,000 amp/sec

sek. Sec.

De relative øyeblikkelige utgangsspenninger for de to kraftkilder under sveising er viktige forsåvidt som en tilfredsstil- The relative instantaneous output voltages for the two power sources during welding are important insofar as a satisfactory

lende utøvelse av oppfinnelsen avhenger av disse. Spenningene må practical practice of the invention depends on these. The tensions must

være slik at støttekilden avgir hoveddelen av strømmen til elektroden i løpet av den tid da man har kortslutning og minst mulig eller null strøm under den tid da lysbuen brenner. be such that the support source emits the main part of the current to the electrode during the time when there is a short circuit and the least possible or zero current during the time when the arc burns.

Når lysbuen brenner, kan spenningsforholdet reguleres When the arc burns, the voltage ratio can be regulated

ved justering av tomgangsspenningene for de to kraftkilder under hensyntagen til at den øyeblikkelige spenningsutgang fra hver i løpet av den tid lysbuen brenner, er tomgangsspenningen pluss den induktive spenning. Sålenge summen av tomgangsspenningen og den induktive spenning for støttekraftkilden er mindre enn summen av tomgangsspenningen og induktiv spenning på hovedkilden vil denne betingelse være oppfylt. by adjusting the no-load voltages for the two power sources taking into account that the instantaneous voltage output from each during the time the arc burns is the no-load voltage plus the inductive voltage. As long as the sum of the no-load voltage and the inductive voltage for the support power source is less than the sum of the no-load voltage and inductive voltage on the main source, this condition will be fulfilled.

Den maksimale induktive spenning fra en kraftkilde med The maximum inductive voltage from a power source with

en stigningshastighet for kortslutningsstrøm på mellom 15000 og 40.000 amp/sek vil være omtrent 8-10 volt, mens den for en kraftkilde med en stigningshastighet for kortslutningsstrøm mellom 100.000 og 1000.000 amp/sek er omtrent 3 volt. a short-circuit current rise rate of between 15,000 and 40,000 amp/sec will be about 8-10 volts, while for a power source with a short-circuit current rise rate between 100,000 and 1,000,000 amp/sec it is about 3 volts.

Når man har kortslutning (selv ved kortslutning har man When you have a short circuit (even with a short circuit you have

en viss impedans) vil man få en liten spenning ved parallellklemmene for de to kraftkilder. Strømmene i disse to kraftkilder deler seg hovedsakelig i samme forhold som de innvendige spenninger i hver kraftkilde tilsier, minus spenningsfallet i deres innvendige impe- a certain impedance) you will get a small voltage at the parallel terminals for the two power sources. The currents in these two power sources divide mainly in the same ratio as the internal voltages in each power source indicate, minus the voltage drop in their internal impedance

danser. Denne deling kan lett bestemmes ved måling av de virkelige øyeblikkelige strømmer som avgis av hver kraftkilde ved kortslutning. dancer. This division can be easily determined by measuring the actual instantaneous currents emitted by each power source in the event of a short circuit.

Det er således mulig for en hovedkraftkilde å ha en It is thus possible for a main power source to have one

høy innvendig frembrakt spenning og en høy innvendig impedans og high internal generated voltage and a high internal impedance and

allikevel kunne arbeide i kombinasjon med en støttekraftkilde med en meget lavere innvendig spenning og en meget lav innvendig impedans. For eksempel kan en hovedkraftkilde med en tomgangsspenning på 30 volt og en øyeblikkelig kortsluttet klemmespenning på 3 volt kunne arbeide sammen med en støttekraftkilde med en tomgangsspenning på 6 volt og en øyeblikkelig kortsluttet klemmespenning på 4 volt, selv om en meget mindre forskjell mellom de innvendig frembrakte spenninger benyttes i foretrukne utførelsesformer for oppfinnelsen. could still work in combination with a support power source with a much lower internal voltage and a very low internal impedance. For example, a main power source with an open-circuit voltage of 30 volts and an instantaneous short-circuit voltage of 3 volts could work with an auxiliary power source with an open-circuit voltage of 6 volts and an instantaneous short-circuit voltage of 4 volts, although a very small difference between the internally generated voltages are used in preferred embodiments of the invention.

Videre innebærer oppfinnelsen en fremgangsmåte til elektrisk lysbuesveising med grovdråpeoverføring der en elektrode til-føres energi kontinuerlig fra en hovedkraftkilde med en forholdsvis lav stigningshastighet for kortslutningsstrøm, på mindre enn 60.000 amp/sek, hvilken elektrode under kortslutningsperiodene, når den smeltede dråpe berører smeltebadet, tilføres energi med en stigningshastighet for kortslutningsstrøm på mer enn 60.000 amp/sek. Furthermore, the invention involves a method for electric arc welding with coarse drop transfer where an electrode is supplied with energy continuously from a main power source with a relatively low rate of rise for short-circuit current, of less than 60,000 amp/sec, which electrode during the short-circuit periods, when the molten drop touches the melt pool, is supplied energy with a short-circuit current rate of rise of more than 60,000 amp/sec.

Oppfinnelsen går videre ut på en fremgangsmåte til elektrisk lysbuesveising ved grovdråpeoverføring, der elektroden kontinuerlig tilføres energi fra en hovedkraftkilde med en forholdsvis lav stigningshastighet for kortslutningsstrøm på mindre enn 60.000 amp/sek, hvilken elektrode under kortslutning når den smeltede dråpe berører smeltebadet, dessuten tilføres energi fra en støttekraftkilde med en stigningshastighet på kortslutningsstrømmen på mer enn 60.000 amp/sek. The invention further relates to a method for electric arc welding by coarse droplet transfer, where the electrode is continuously supplied with energy from a main power source with a relatively low rate of rise for short-circuit current of less than 60,000 amp/sec, which electrode during short-circuiting when the molten droplet touches the melt pool, energy is also supplied from an auxiliary power source with a short-circuit current rate of rise of more than 60,000 amp/sec.

Apparatparametrene tilfredsstiller således kravene som stilles ved sveiseprosesser som skal foregå ved kraftkilder som har konstant sveisespenning. Den kontinuerlige lysbue fra elektroden mates med den del av kraftkilden som har den høye induktans, mens kortslut-ningsoverf øringen krever strøm fra begge kraftkilder alt etter de øyeblikkelige behov, og disse behov blir automatisk tilfredsstillet på grunn av forholdet mellom tomgangspenningene og de relative induk-tanser i hver krets. The device parameters thus satisfy the requirements set for welding processes that must take place with power sources that have a constant welding voltage. The continuous arc from the electrode is fed with the part of the power source that has the high inductance, while the short-circuit transfer requires current from both power sources according to the instantaneous needs, and these needs are automatically satisfied due to the relationship between the no-load voltages and the relative inductances dancers in each circuit.

Oppfinnelsen går videre ut på en kraftkilde for elektrisk lysbuesveising som etter valg kan benyttes enten for sveising med konstant spenning som beskrevet ovenfor, eller for sveiseprosesser som krever variabel spenningsutgang der tomgangsspenningen er av en størrelse på 60 til 100 volt. The invention further relates to a power source for electric arc welding which, depending on the choice, can be used either for welding with constant voltage as described above, or for welding processes that require a variable voltage output where the no-load voltage is of a magnitude of 60 to 100 volts.

I henhold'til oppfinnelsen kan kraftkilden for elektrisk lysbuesveising avgi enten variabel eller konstant utgangsspenning. Selv om dette kan. gjøres ved .transformert.nettstrøm foretrekkes det til utførelse av fremgangsmåten en roterende elektrisk generator med et anker, sriuntviklinger, seriekoplede differensialviklinger og magne-tiseringsanordning for shuntviklingene. Kraftkilden har en felles utgangsklemme pg en klemme for konstant utgangsspenning samt. en klemme for variabel utgangsspenning. En pol på generatorens anker er alltid koplet direkte til en felles klemme, mens den annen pol er koplet enten direkte til klemmen for konstant spenning eller i serie med differensialviklingene til klemmen for variabel spenning. Magnetiser-ingsanordningene for shuntviklingen har en regulert utgang som etter valg kan stilles i forhold til ankerets utgangsspenning for konstant spenningsutgang og i forhold til shuntstrømmen for variabel spenningsutgang. According to the invention, the power source for electric arc welding can emit either variable or constant output voltage. Although this can. is done by .transformed.mains current, a rotating electric generator with an armature, sriunt windings, series-connected differential windings and magnetizing device for the shunt windings is preferred for carrying out the method. The power source has a common output terminal and a terminal for constant output voltage as well. a clamp for variable output voltage. One pole of the generator's armature is always connected directly to a common terminal, while the other pole is connected either directly to the terminal for constant voltage or in series with the differential windings of the terminal for variable voltage. The magnetizing devices for the shunt winding have a regulated output which, by choice, can be set in relation to the armature's output voltage for constant voltage output and in relation to the shunt current for variable voltage output.

Generatorer for variabel spenning og magnetisert som tidligere med en likestrømsgenerator har hatt en tomgangsspenning som forandrer seg når generatoren under bruk blir varm.. Når således shuntviklingene i hovedgeneratoren varmes opp, vil deres motstand øke slik at det kreves høyere spenning over feltspolene for opprettholdelse av den samme tomgangsspenning. Når imidlertid magnetiserings-generatorens temperatur øker, faller denne spenning, det vil si at spenningen forandrer seg i en retning som er det motsatte av den man trenger for å korrigere for. oppvarmningen av hovedgeneratoren., Tidligere måtte derfor den person som utfører sveisingen hele, tiden justere og regulere tomgangsspenningen etterhvert som generatoren ble varmet opp om man da ønsket de samme sveisebetingelser hele tiden. Ved kraftkilden i henhold til oppfinnelsen holdes imidlertid strømmen i shuntviklingen konstant også ved oppvarmning, nettspenningsvaria-sjoner eller når andre faktorer varierer slik at tomgangsspenningen holder seg omtrent konstant i forhold til tid og temperatur. Generators for variable voltage and magnetized as previously with a direct current generator have had an open-circuit voltage that changes when the generator heats up during use. Thus, when the shunt windings in the main generator heat up, their resistance will increase so that a higher voltage is required across the field coils to maintain it same no-load voltage. However, when the temperature of the magnetizing generator increases, this voltage drops, that is to say that the voltage changes in a direction that is the opposite of the one that needs to be corrected for. the heating of the main generator., Previously, therefore, the person who carried out the entire welding had to constantly adjust and regulate the idle voltage as the generator was heated if the same welding conditions were desired all the time. With the power source according to the invention, however, the current in the shunt winding is kept constant even during heating, mains voltage variations or when other factors vary so that the no-load voltage remains approximately constant in relation to time and temperature.

Hovedhensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en The main purpose of the invention is to provide a

ny og forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising med grov-dråpeoverf øring, der man får bedre sveisesømmer enten man sveiser horisontalt, vertikalt eller under-opp og der man får gode sveiser også ved tynnplatearbeider. new and improved power source for electric arc welding with coarse drop transfer, where you get better weld seams whether you are welding horizontally, vertically or bottom-up and where you get good welds even when working with thin sheet metal.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til Another purpose of the invention is to arrive at

en forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising med grovdråpe-overføring der spruting reduseres i forhold til tidligere. an improved power source for electric arc welding with coarse drop transfer where spatter is reduced compared to before.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å tilveie bringe en ny og forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising med grovdråpeoverføring, der den gjennomsnitlige lysbuestrøm kan holdes på lavere verdier enn tidligere, samtidig med at man oppnår tilfredsstillende sveiser. Furthermore, it is a purpose of the invention to provide a new and improved power source for electric arc welding with coarse drop transfer, where the average arc current can be kept at lower values than before, while at the same time achieving satisfactory welds.

Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny og forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising med grovdråpeoverføring der temperaturen på smeltebadet kan holdes lavere. It is also a purpose of the invention to provide a new and improved power source for electric arc welding with coarse drop transfer where the temperature of the molten pool can be kept lower.

Dessuten er det en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny og forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising med grovdråpeoverføring, der man har to kraftkilder hvorav den ene tilfører strøm når lysbuen brenner og den annen tilfører en strøm-puls når dråpene berører smeltebadet. Furthermore, it is a purpose of the invention to provide a new and improved power source for electric arc welding with coarse droplet transfer, where one has two power sources, one of which supplies current when the arc burns and the other supplies a current pulse when the drops touch the molten pool.

Eri videre hensikt med oppfinnelsen består i å tilveiebringe en ny og forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising, der kraftkilden har bedre startegenskaper. A further purpose of the invention is to provide a new and improved power source for electric arc welding, where the power source has better starting properties.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en Another object of the invention is to provide a

ny og forbedret kraftkilde for lysbuesveising der kraftkilden når lysbuen engang er startet, avgir en høy startstrømpuls for hurtig å etablere et lysbuegap ved kontaktpunktet med arbeidsstykket. new and improved power source for arc welding where the power source, once the arc has started, emits a high starting current pulse to quickly establish an arc gap at the point of contact with the workpiece.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en ny og forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising, omfattende to kraftkilder hvorav den ene avgir strøm når lysbuen brenner og den annen automatisk avgir en strømpuls når elektrodeenden berører smeltebadet. It is also a purpose of the invention to arrive at a new and improved power source for electric arc welding, comprising two power sources, one of which emits current when the arc burns and the other automatically emits a current pulse when the electrode end touches the molten bath.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en generator med konstant spenning, der generatoren ikke behøver seriekoplede feltviklinger.' A further purpose of the invention is to arrive at a generator with constant voltage, where the generator does not need series-connected field windings.'

En hensikt med oppfinnelsen er det også å komme frem til en kraftkilde for sveising, ved hjelp av hvilken det blir mulig å utføre sveis ved en lavere gjennomsnitlig lysbuestrøm og der lysbuen hurtig tennes pånytt når dråpen kortslutter mot smeltebadet. An aim of the invention is also to arrive at a power source for welding, with the help of which it becomes possible to carry out welding at a lower average arc current and where the arc is quickly re-ignited when the droplet short-circuits the molten pool.

en sveisekraftkilde bygget opp av to kraftkilder med innvendige induk-tanser og tomgangsspenninger slik avpasset til hverandre at de automatisk koples for å tilføre strøm når lysbueforholdene forandrer seg. a welding power source made up of two power sources with internal inductances and no-load voltages so matched to each other that they are automatically connected to supply current when the arc conditions change.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en ny og forbedret fremgangsmåte til lysbuesveising med grovdråpeover-føring der en kraftkilde avgir en hovedsakelig konstant strøm både under lysbueperioden og kortslutningene, mens en ytterligere kraftkilde, når kortslutning finner sted tilfører en strømpuls som er tilstrekkelig til hurtig å bryte kortslutningen og reetablere lysbuen. Another purpose of the invention is to arrive at a new and improved method for arc welding with coarse drop transfer, where a power source emits a substantially constant current both during the arc period and the short circuits, while a further power source, when a short circuit occurs, supplies a current pulse that is sufficient to quickly break the short circuit and re-establish the arc.

Oppfinnelsen går videre ut på en ny og forbedret kraftkilde for elektrisk lysbuesveising der den samme roterende generator kan benyttes både for lysbuesveising som krever variable utgangsspenninger eller konstant utgangsspenning. The invention further relates to a new and improved power source for electric arc welding where the same rotating generator can be used both for arc welding that requires variable output voltages or constant output voltage.

Et formål med oppfinnelsen er også å komme frem til en roterende sveisegenerator hvis tomgangsspenning holder seg konstant når generatoren blir varm under bruk. An object of the invention is also to arrive at a rotary welding generator whose idle voltage remains constant when the generator becomes hot during use.

Oppfinnelsen kan virkeliggjøres på mange forskjellige måter ved hjelp av komponenter og sammenstilling av disse, og foretrukne utførelsesformer vil i det følgende bli beskrevet mer i detalj under henvisning til tegningene der: Fig. 1 og 2 som det tidligere er vist til, er oscillogrammer som viser spenning/strøm med en sterkt forstørret tidsskala, og kurvene er tatt ved elektrisk lysbuesveising med grovdråpeover-føring. Man ser de øyeblikkelige strømmer og spenninger når det benyttes en kraftkilde med en stigningshastighet for kortslutningsstrøm på 70.000 amp/sek og 100.000 amp/sek, The invention can be realized in many different ways by means of components and assembly thereof, and preferred embodiments will be described in more detail in the following with reference to the drawings in which: Figs. 1 and 2 which have previously been shown are oscillograms showing voltage/current with a greatly enlarged time scale, and the curves are taken by electric arc welding with coarse drop transfer. One sees the instantaneous currents and voltages when using a power source with a rate of rise for short-circuit current of 70,000 amp/sec and 100,000 amp/sec,

fig. 3 viser et oscillogram svarende til fig. 1 og 2 fig. 3 shows an oscillogram corresponding to fig. 1 and 2

der man ser de øyeblikkelige strømmer og spenninger når foreliggende oppfinnelse benyttes og where one sees the instantaneous currents and voltages when the present invention is used and

fig. 4 viser et koplingsskjerna for en kraftkilde utført fig. 4 shows a connection core for a power source made

i henhold til oppfinnelsen. according to the invention.

Den utførelse som er vist på fig. 4 skal bare illustrere oppfinnelsen og danner ingen begrensning for det vern dette patent gir, og man har i denne foretrukne utførelsesform en hovedkraftkilde G og en støttekraftkilde S som begge er koplet for å føre strøm til en elektrode E og et arbeidsstykke W. Elektroden E er en tråd av en i og for seg ubestemt lengde og mates mot arbeidsstykket W av et par vanlige matevalser 10 som, på kjent måte, drives av en elektrisk motor M. Elektroden E beveger seg forbi glidekontakter 11 som står i avstand D fra arbeidsstykket W, og en lysbue X holdes mellom enden av elektroden E og arbeidsstykket W. Lysbuen både smelter ned enden av elektroden E og smelter et smeltebad P på overflaten av arbeidsstykket W. Arbeidsstykket W er vist med oversiden horisontalt og elektroden E er vist matet i vertikal retning. Imidlertid kan elektroden E ha en hvilken som helst vinkel i forhold til overflaten av arbeidsstykket og arbeidsstykkets overflate kan stå i en hvilken som helst ønsket vinkel i forhold til horisontalplanet. The embodiment shown in fig. 4 is only intended to illustrate the invention and does not form a limitation for the protection this patent provides, and in this preferred embodiment one has a main power source G and a supporting power source S which are both connected to supply current to an electrode E and a workpiece W. The electrode E is a wire of an in and of itself indefinite length and is fed towards the workpiece W by a pair of ordinary feed rollers 10 which, in a known manner, are driven by an electric motor M. The electrode E moves past sliding contacts 11 which are at a distance D from the workpiece W, and an arc X is held between the end of the electrode E and the work piece W. The arc both melts down the end of the electrode E and melts a molten bath P on the surface of the work piece W. The work piece W is shown with the upper side horizontally and the electrode E is shown fed in a vertical direction. However, the electrode E may have any angle relative to the surface of the workpiece and the surface of the workpiece may be at any desired angle relative to the horizontal plane.

Avstanden D vil ved automatisk sveising være fastlagt The distance D will be determined by automatic welding

og ved halvautomatisk lysbuesveising vil den i alminnelighet bli holdt så nøyaktig som den person som utfører sveisingen er i stand til. Avstanden D kan i praksis variere fra 6 mm til 18 mm selv om den kan være større. and in semi-automatic arc welding it will generally be kept as accurate as the person doing the welding is capable of. The distance D can in practice vary from 6 mm to 18 mm, although it can be greater.

Elektroden E kan være av et hvilket som helst metall, f.eks. aluminium, rustfritt stål, høylegért stål etc, men i det her beskrevne eksempel er den av stål med lavt karboninnhold. Det strøm-førende tverrsnitt kan avpasses fra 0,3 til 3 mm 2, men er fortrinnsvis av en størrelsesorden på 0,6 mm . Spenningene, strømmene og dimen-sjonene som her nevnes er alle tatt fra den foretrukne utførelsesform. The electrode E can be of any metal, e.g. aluminium, stainless steel, high-alloy steel, etc., but in the example described here it is made of steel with a low carbon content. The current-carrying cross-section can be adjusted from 0.3 to 3 mm 2 , but is preferably of the order of 0.6 mm. The voltages, currents and dimensions mentioned here are all taken from the preferred embodiment.

Motoren M drives på vanlig måte fra en passende kraftkilde, fortrinnsvis en kraftkilde med konstant spenning, og den reguleres med en variabel impedans 15 slik at dens hastighet kan stilles inn, men holdes konstant når den er innstilt. Det er klart at motorens hastighet her kan bringes til å variere proporsjonalt med den gjennomsnitlige spenning over lysbuegapet X eller i andre utførel-ser i overensstemmelse med den midlere strøm i lysbuegapet X. The motor M is driven in the usual manner from a suitable power source, preferably a constant voltage power source, and is regulated by a variable impedance 15 so that its speed can be set but is kept constant when set. It is clear that the speed of the motor here can be made to vary proportionally with the average voltage across the arc gap X or in other embodiments in accordance with the average current in the arc gap X.

Den førstnevnte kraftkilde G har en klemme 20 forbundet med arbeidsstykket W ved hjelp av en ledning 21, klemme CT og en kraft-ledning 24, samt en ytterligere klemme 22 koplet til sveiseelektroden E gjennom en ledning 12, diode 13, leder 14, klemme CP og kraft-ledning 15'. Klemmen 22 er videre gjennom seriekoplede differensialviklinger 25 koplet til en ledning 26 og en klemme W som vil bli beskrevet i det følgende. The first-mentioned power source G has a terminal 20 connected to the workpiece W by means of a line 21, terminal CT and a power line 24, as well as a further terminal 22 connected to the welding electrode E through a line 12, diode 13, conductor 14, terminal CP and power line 15'. The terminal 22 is further connected through series-connected differential windings 25 to a line 26 and a terminal W which will be described in the following.

Kraftkilden G har ved en foretrukken utførelsesform og i overensstemmelse med oppfinnelsen, en utgangsspenning som er stillbar fortrinnsvis mellom 15 og 55 volt, og denne spenning holdes i det vesentlige konstant på en innstilt verdi også når utgangsstrømmen varierer. I tillegg til dette har kraftkilden G tilstrekkelig induktans, enten denne er innvendig eller utvendig eller begge steder, til at stigningshastigheten for kortslutningsstrømmen ligger under 60.000 og fortrinnsvis mellom 15.000 og 40.000 am-/sek. In a preferred embodiment and in accordance with the invention, the power source G has an output voltage which is preferably adjustable between 15 and 55 volts, and this voltage is essentially kept constant at a set value even when the output current varies. In addition to this, the power source G has sufficient inductance, whether this is internal or external or both, so that the rate of rise of the short-circuit current is below 60,000 and preferably between 15,000 and 40,000 am-/sec.

Kraftkilden G kan ha en rekke forskjellige former, The power source G can have a number of different forms,

f.eks. være batterier pluss en induktans, avgi likerettet vekselstrøm e.g. be batteries plus an inductance, emit rectified alternating current

gjennom en induktans eller avgi likestrøm fra én roterende generator med tilstrekkelig innvendig induktans eller med utvendig induktans eller begge. En roterende likestrømsgenerator foretrekkes der ankerets reaktans og innvendige induktans er slik at man får den ønskede stigningshastighet for kortslutningsstrømmen. Man skal merke seg at den sveising med vanlig konstant spenning som hittil er blitt benyttet hadde en maksimum tomgangsspenning på 30 volt, tatt fra en roterende likestrømsgenerator. En slik generator har normalt en stigningshastighet på kortslutningsstrøm på mer enn 70.000 amp/sek, noe som er for høyt for at generatoren skal kunne anvendes som den første eller hovedstrømkilde ved foreliggende oppfinnelse. Det er derfor foretrukket å benytte en roterende generator med en maksimum tomgangsspenning ved full magnetisering på 90 volt for så å magnetisere feltet bare tilstrekkelig til at man får den ønskede utgangsspenning. through an inductance or supply direct current from one rotating generator with sufficient internal inductance or with external inductance or both. A rotating direct current generator is preferred where the armature's reactance and internal inductance are such that the desired rate of rise for the short-circuit current is obtained. It should be noted that conventional constant voltage welding that has been used up to now had a maximum no-load voltage of 30 volts, taken from a rotating DC generator. Such a generator normally has a rise rate of short-circuit current of more than 70,000 amp/sec, which is too high for the generator to be used as the first or main current source in the present invention. It is therefore preferred to use a rotating generator with a maximum no-load voltage at full magnetization of 90 volts in order to magnetize the field only sufficiently to obtain the desired output voltage.

I den foretrukne utførelsesform er kraftkilden G en vanlig motordrevet generator med shuntmagnetisering som er i stand til å gi en tomgangsspenning på mer enn 90 volt når den magnetiseres til en metningsfaktor på 1,3. En slik generator vil når den drives slik at den gir 15-55 volt i tomgang, få en stigningshastighet for kortslutningsstrømmen på mellom 15.000 og 40.000 amp/sek. En slik generator arbeider på det lineære parti av metningskurven og er flatt kompoundert slik at det blir så godt som umulig å avgi konstant utgangsspenning. Av den grunn er det truffet foranstaltninger for automatisk justering av feltmagnetiseringen slik at den gjennomsnittlige utgangsspenning holdes konstant. I den viste utførelsesform finnes det en spenningsregulator R som magnetiseres fra en vekselstrømkilde 19 og har måleklemmer 31 som gjennom CV-stillingen for en topolet bryter 34 er koplet til en klemme 20 og gjennom CP-stillingen for en bryter 50' er koplet til klemmen 22 for generatoren G. REgulatoren R har utgangsklemmer 32 koplet til feltviklingene 33 i kraftkilden G. REgulatoren R har en reguleringsdel 35 med viser og en spennings-kalibrert skala 36 for regulering av utgangen og dermed også utgangs-spenningen fra generatoren G. Regulatoren R innbefatter elektroniske forsterkeranordninger og har muligheter for måling av den gjennomsnittlige utgangsspenning for generatoren G, og den kan regulere strømmen i feltviklingene 33 slik at denne gjennomsnittlige spenning holdes i det vesentlige konstant ved en hvilken som helst på forhånd innstilt verdi uansett forandringer i den gjennomsnittlige utgangs- strøm fra generatoren G. Regulatoren R påvirkes lite av øyeblikkelige spenningsforandringer. Selve koplingsskjemaet for regulatoren R utgjør ingen del av foreliggende oppfinnelse, og vil ikke bli beskrevet mer i detalj. In the preferred embodiment, the power source G is a conventional motor-driven generator with shunt magnetization capable of providing an open-circuit voltage of more than 90 volts when magnetized to a saturation factor of 1.3. Such a generator, when operated so that it gives 15-55 volts at idle, will have a rate of rise for the short-circuit current of between 15,000 and 40,000 amp/sec. Such a generator works on the linear part of the saturation curve and is flatly compounded so that it becomes virtually impossible to emit a constant output voltage. For that reason, measures have been taken to automatically adjust the field magnetization so that the average output voltage is kept constant. In the embodiment shown, there is a voltage regulator R which is magnetized from an alternating current source 19 and has measuring terminals 31 which are connected to terminal 20 through the CV position of a two-pole switch 34 and through the CP position of a switch 50' are connected to terminal 22 for the generator G. The regulator R has output terminals 32 connected to the field windings 33 in the power source G. The regulator R has a regulation part 35 with pointers and a voltage-calibrated scale 36 for regulation of the output and thus also the output voltage from the generator G. The regulator R includes electronic amplifier devices and has possibilities for measuring the average output voltage of the generator G, and it can regulate the current in the field windings 33 so that this average voltage is kept essentially constant at any pre-set value regardless of changes in the average output current from the generator G. The regulator R is little affected by instantaneous voltage changes inger. The connection diagram for the regulator R itself forms no part of the present invention, and will not be described in more detail.

Primærfunksjonen for støttekraftkilden S er i virkeligheten å forandre kortslutningsstrømmens stigningshastighet til en ønsket verdi som ligger vesentlig over den stigningshastighet hovedkraf tkilden tilveiebringer. Støttekraftkilden kan være en hvilken som helst anordning som frembringer den ønskede store stigningshastighet på kortslutningsstrømmen. En slik anordning kan utføres på forskjellige måter. En form kan være et batteri som har en lav innvendig induktans, en likestrømsgenerator med lav innvendig induktans og en vekselstrømtransformator hvis utgang likerettes eller en veksel-strømsgenerator hvis utgang likerettes. Hvis det benyttes en trans-formator eller en vekselstrømgenerator bør man sørge for helbølge-likeretting og vekselstrømmen bør fortrinnsvis være flerfaset. Hvis det benyttes enfaset vekselstrøm må man ha en eller annen innretning, enten kunstig eller naturlig, som kan hindre spenningen fra å falle til null. Den kunstige filtrering kan da ikke inneholde noen induktans da ellers stigningshastigheten for strømmen kan bli påvirket i uheldig retning. Det er således fordelaktig å benytte flerfasede transformatorer eller vekselstrømgeneratorer .som kilde til veksel-strøm, og i den foretrukne utførelsesform omfatter kraftkilden S en flerfase vekselstrømgenerator A med en rotor montert på samme aksel som rotoren i kraftkilden G og feltviklingene er anbrakt i samme hus. Vekselstrømgeneratoren A har tre utgangsklemmer 35', 36', 37' som med ledere 38, 39, 40 er koplet til inngangsklemmene for seks dioder 41, som på sin side er koplet som en vanlig brolikeretter og har en utgangsklemme 42 koplet til en ledning 24 og derfra til arbeidsstykket W, og en ytterligere utgangsklemme 4 3 som er koplet til ledningen 14 og dermed til elektroden E. Polariteten på utgangen fra brolike-retteren er den samme som polariteten fra generatoren G. Når det ikke sveises vil dioden 13 hindre strøm fra støttekraftkilden S å sirkulere gjennom kraftkilden G når denne arbeider med tomgangsspenning, minus spenningen på kilden S. I noen tilfelle kan dioden 13 erstattes av en bryter som er sluttet bare når man sveiser, noe som kan føre til en svak sirkulerende strøm fra støttekraftkilden gjennom hovedkraftkilden, men dette er ikke skadelig. I virkeligheten vil dette forhold stabilisere støttekraftkilden ved at denne får en konstant belastning. The primary function of the support power source S is in reality to change the rate of rise of the short-circuit current to a desired value which is significantly above the rate of rise provided by the main power source. The support power source can be any device that produces the desired high rate of rise of the short-circuit current. Such a device can be implemented in different ways. One form can be a battery having a low internal inductance, a direct current generator with a low internal inductance and an alternating current transformer whose output is rectified or an alternating current generator whose output is rectified. If a transformer or an alternating current generator is used, full-wave rectification should be provided and the alternating current should preferably be multiphase. If single-phase alternating current is used, one must have some device, either artificial or natural, which can prevent the voltage from dropping to zero. The artificial filtering cannot then contain any inductance, otherwise the rate of rise of the current can be adversely affected. It is thus advantageous to use multiphase transformers or alternating current generators as a source of alternating current, and in the preferred embodiment the power source S comprises a multiphase alternating current generator A with a rotor mounted on the same shaft as the rotor in the power source G and the field windings are located in the same housing. The alternating current generator A has three output terminals 35', 36', 37' which are connected by conductors 38, 39, 40 to the input terminals for six diodes 41, which in turn is connected like a normal bridge rectifier and has an output terminal 42 connected to a wire 24 and from there to the workpiece W, and a further output terminal 4 3 which is connected to the wire 14 and thus to the electrode E. The polarity of the output from the bridge rectifier is the same as the polarity from the generator G. When not welding, the diode 13 will prevent current from the auxiliary power source S to circulate through the power source G when it is operating at no-load voltage, minus the voltage on the source S. In some cases, the diode 13 can be replaced by a switch that is closed only when welding, which can lead to a weak circulating current from the auxiliary power source through the main power source , but this is not harmful. In reality, this ratio will stabilize the support power source by giving it a constant load.

I den foretrukne utførelsesform er volt/ampere kurven for kraftkilden S omtrent flat når strømmene ligger fra 350 til 500 ampere, og derfra faller kurven brått for at man skal få strømbe-grensning under kortslutning og begrense spruting fra sveisen. In the preferred embodiment, the volt/ampere curve for the power source S is approximately flat when the currents are from 350 to 500 amperes, and from there the curve drops sharply in order to obtain current limitation during short-circuiting and limit spatter from the weld.

Denne begrensning kan naturligvis oppnås på en rekke forskjellige måter. Vekselstrømgeneratoren A i det foretrukne utførel-seseksempel er beregnet på å ha full belastningsstrøm ved den ønskede maksimale kortslutningsstrøm. Spenningsutgangen vil da falle hurtig når denne strøm overskrides. En liten motstand i serie med utgangen kunne også benyttes. En slik motstand er særlig når støttekraftkilden S ikke er selvbegrensende slik tilfellet er med en transformatorlike-retterkombinasjon eller en likestrømsgenerator med konstant spenning eller liknende. En seriemotstand kan også benyttes der det er ønskelig å kunne endre den maksimale kortslutningsstrøm på en enkel måte. This limitation can of course be achieved in a number of different ways. The alternating current generator A in the preferred embodiment is designed to have full load current at the desired maximum short-circuit current. The voltage output will then drop quickly when this current is exceeded. A small resistor in series with the output could also be used. Such a resistance is particularly the case when the support power source S is not self-limiting, as is the case with a transformer-rectifier combination or a direct current generator with constant voltage or the like. A series resistor can also be used where it is desirable to be able to change the maximum short-circuit current in a simple way.

Fig. 3 viser et oscillagram der man ser de resultater som kan fås ved foreliggende oppfinnelse. Således viser kurven e den øyeblikkelige lysbuespenning, kurven f, strømmen som tilføres av støttekraftkilden, kurven g, strømmen som tilføres av hovedkraftkilden og kurven h viser den totale strøm som tilføres til elektroden. Kurvene viser forholdene like før kortslutning idet lysbuespenningen er omtrent 22 volt, strømmen i støttekraftkilden er null eller tilnærmet null og strømmen i hovedkraftkilden og den totale strøm er tilnærmet 80 ampere. Når kortslutning finner sted, vil strømmen i støttekraftkilden stige til en verdi på 250 amp. i løpet av omtrent 0,0020 sek. Strømmen vil på samme tid stige i hovedkraftkilden fra 80 til 120 amp. og den totale strøm stiger således fra 80 amp. til 370 amp. Når smeltebruddet finner sted etterat 0,0020 sekunder er gått og lysbuen er reetablert, blir strømmen i støttekraftkilden stengt av mens strømmen i primærkilden faller eksponensialt fra 120 amp til 80 amp. under lysbueperioden. Den gjennomsnittlige strøm når lysbuen brenner, er omtrent 100 amp. Hovedkraftkilden avgir således en hovedsakelig konstant strøm på grunn av sin høye induktans, mens støtte-kraf tkilden avgir en høy, men begrenset strøm som er tilstrekkelig til at smeltebruddet finner sted meget hurtig. Den sistnevnte strøm er begrenset i varighet bare av den tid som kreves før å få til smeltebruddet og kan godt betegnes som en strømpuls. Fig. 3 shows an oscillogram showing the results that can be obtained with the present invention. Thus, curve e shows the instantaneous arc voltage, curve f, the current supplied by the auxiliary power source, curve g, the current supplied by the main power source and curve h shows the total current supplied to the electrode. The curves show the conditions just before a short circuit as the arc voltage is approximately 22 volts, the current in the auxiliary power source is zero or nearly zero and the current in the main power source and the total current is approximately 80 amperes. When a short circuit occurs, the current in the auxiliary power source will rise to a value of 250 amps. in about 0.0020 sec. At the same time, the current will rise in the main power source from 80 to 120 amps. and the total current thus rises from 80 amp. to 370 amps. When the meltdown occurs after 0.0020 seconds have elapsed and the arc is re-established, the current in the auxiliary power source is shut off while the current in the primary source drops exponentially from 120 amps to 80 amps. during the arc period. The average current when the arc burns is about 100 amps. The main power source thus emits an essentially constant current due to its high inductance, while the auxiliary power source emits a high but limited current which is sufficient for the melt breakdown to take place very quickly. The latter current is limited in duration only by the time required to bring about the fusion break and can well be described as a current pulse.

Kopling av støttekraftkilden til og fra slik at denne Switching the support power source on and off so that it

kan avgi sin strømpuls, finner sted automatisk. Den er tilkoplet når kortslutning finner sted og spenningen på elektroden faller under utgang.sspenningen for kraftkilden S. Den er koplet fra når lysbuen etableres fordi den øyeblikkelige ..spenning på hovedkraf tkilden da stiger over den øyeblikkelige spenning s.tøttekraf tkilden har. Det skal imidlertid her påpekes at noen fysisk bryter ikke er'nødvendig. Vekselstrømsgeneratoren A har ingen, induktans i den tilhørende krets og har en maksimum tomgangsspenning som er mindre enn lysbuespénnihgen slik at den ikke aygir.:noen. strøm,under lysbueperioden. Under kortslutningsperioden har hovedgeneratoren så høy induktans at dens strøm bare øker svakt., mens. støttekraf tkilden som ikke har noen induk-' tans. avgir strøm opp til den.begrensning kapasiteten har. can emit its current pulse, takes place automatically. It is connected when a short circuit occurs and the voltage on the electrode falls below the output voltage of the power source S. It is disconnected when the arc is established because the instantaneous voltage on the main power source then rises above the instantaneous voltage of the secondary power source. However, it should be pointed out here that a physical switch is not necessary. The alternator A has no inductance in the associated circuit and has a maximum open-circuit voltage which is less than the arc voltage so that it does not generate any. current, during the arcing period. During the short-circuit period, the main generator has such a high inductance that its current increases only slightly., while. the supporting power source which has no inductance. emits current up to the capacity limitation.

Sammenlikner man oscillogrammene på fig. 3 med de på fig... 1 og. 2 ser man at kortslutningsfrekvensen på fig. 3 er slik at man får en.kortslutning-hvert 0,016 sek, det vil si 60/sek-, noe som ér vesentlig hurtigere enn.som vist på fig. 1 og omtrent det samme som man .har på fig. 2. Dessuten ser man på fig. 3 at forholdet mellom kortslutningstiden<p>g den tid en periode tar er 1:8 mens det samme forhold i eksemplet på fig. 1, er omtrent 1:3,5 og på fig. 2 er forholdet omtrent .1: 3 . Comparing the oscillograms in fig. 3 with those of fig... 1 and. 2 it can be seen that the short-circuit frequency in fig. 3 is such that one gets a short circuit every 0.016 sec, that is 60/sec, which is significantly faster than as shown in fig. 1 and approximately the same as in fig. 2. Furthermore, one looks at fig. 3 that the ratio between the short-circuit time and the time a period takes is 1:8, while the same ratio in the example in fig. 1, is approximately 1:3.5 and in fig. 2 the ratio is approximately .1:3.

Videre er kortslutningsperioden på fig; 3 kortere enn kortslu.tningsperioden-på fig..2 selv om man her kan' foreta justeringer slik at.de blir .like. Den maksimale.kortslutningsstrøm på figl 3 overstiger heller .ikke 35.0 amp, og derved reduseres spruting fra sveisestedet i det øyeblikk da smeltebruddet inntrer.- Lysbuetiden er like lang eller lenger enn- den man har på fig. 2. Videre er strømmen under hoveddelen av lysbueperioden i det vesentlige konstant og ikke resultat av noen eksponensialt fall fra toppverdien på 370 amp. Det er videre av interesse å merke seg at frekvensen for strømpulsen ikke er en fast frekvens slik tilfellet er ved tidligere kjente anordninger der det benyttes to kraftkilder, der den ene kraftkilde pulserer med en fast frekvens, men i stedet er frekvensen naturlig og bestemt av det antall ganger den smeltede dråpe kortslutter elektrode og smeltebad. Furthermore, the short circuit period in fig; 3 shorter than the short circuit period in fig. 2, although adjustments can be made here so that they are the same. The maximum short-circuit current in fig 3 also does not exceed 35.0 amps, thereby reducing spatter from the welding point at the moment when the melt break occurs. - The arc time is as long or longer than the one in fig. 2. Furthermore, the current during the main part of the arcing period is essentially constant and not the result of any exponential drop from the peak value of 370 amps. It is further of interest to note that the frequency of the current pulse is not a fixed frequency as is the case with previously known devices where two power sources are used, where one power source pulses with a fixed frequency, but instead the frequency is natural and determined by the the number of times the molten drop short-circuits the electrode and molten pool.

Ved å velge de relative spenninger på hovedkraftkilden By choosing the relative voltages on the main power source

og støttekraftkilden kan nivået for bakgrunnsstrømmen eller den konstante strøm som tilføres lysbuen fra hoved-kraftkilden velges,og man kan også velge de verdier støttekraftkilden skal delta med i sveise- and the supporting power source, the level of the background current or the constant current supplied to the arc from the main power source can be selected, and you can also choose the values that the supporting power source should participate in welding

strømmen. the electricity.

Fordelene ved et slikt sveisesystem blir særlig frem-tredende når kritiske sveiser skal utføres.Når man f.eks. skal sveise tynnplater, er regulering av varmen under lysbueperioden mulig ved regulering av nivået for bakgrunnsstrømmen fra hovedkraftkilden. Kraftkilder som hittil har vært benyttet må enten føre det høye nivå for bakgrunnsstrømmen på grunn av at strømmen faller eksponensialt eller tvinge gjennom en avbrytning av lysbuestrømmen ved senkning av induktansen i kraftkilden slik at lysbuen i virkeligheten slukker mellom kortslutningene. Under mindre kritiske forhold kan man få en reduksjon av sprutning såvel som en optimal varmeballanse med økede sveisehastigheter. The advantages of such a welding system become particularly prominent when critical welds are to be carried out. When, for example, are to weld thin plates, regulation of the heat during the arc period is possible by regulating the level of the background current from the main power source. Power sources that have been used so far must either lead to the high level of the background current due to the fact that the current drops exponentially or force through an interruption of the arc current by lowering the inductance in the power source so that the arc actually extinguishes between the short circuits. Under less critical conditions, you can get a reduction in spatter as well as an optimal heat balance with increased welding speeds.

Foreliggende oppfinnelse er også av verdi ved tenning The present invention is also of value in ignition

av lysbuen. I det øyeblikk den kolde elektrode som mates frem berører arbeidsstykket vil det punkt som har høyest motstand være kontaktpunktet. På grunn av at elektroden mates konstant frem vil denne motstand hurtig avta når elektroden presses mot arbeidsstykket. Strømmen fra støttekraftkilden stiger da med en hastighet som er høyere enn 200.000 amp/sek og til en verdi som er høy ndcog på tilstrekkelig kort tid til at før elektroden har mulighet til å bli fremmatet noe særlig mot arbeidsstykket er strømmen høy nok til å frembringe et smeltebrudd ved det punkt der motstanden er størst, det vil si i kontaktpunktet. of the arc. The moment the cold electrode that is fed forward touches the workpiece, the point with the highest resistance will be the contact point. Because the electrode is constantly fed forward, this resistance will quickly decrease when the electrode is pressed against the workpiece. The current from the supporting power source then rises at a rate greater than 200,000 amp/sec and to a value high ndcog in a sufficiently short time that before the electrode has the opportunity to be advanced somewhat towards the workpiece the current is high enough to produce a fusion fracture at the point where the resistance is greatest, that is at the contact point.

Den krafttilførsel som er vist kan lett benyttes for sveising som krever variabel (eller fallende) spenningsutgang ved ganske enkelt å kople ledningen 151 til klemmen W i stedet for klemmen CP, slik at sveisestrøm nu flyter gjennom de seriekoplede differensialviklinger 25. Dessuten kan bryteren 34 stilles til W-stilling, som vist, for derved å kople klemmene 31 for spenningsregulatoren R over en motstand 44 i serie med feltviklingen 33. Reguleringsdelen 35 blir så justert slik at strømmen som flyter i feltviklingen vil frembringe den ønskede tomgangsspenning. Når generatoren avgir en variabel spenning er støttekraftkilden helt ute av drift. The power supply shown can easily be used for welding that requires variable (or falling) voltage output by simply connecting wire 151 to terminal W instead of terminal CP, so that welding current now flows through the series-connected differential windings 25. Also, switch 34 can be set to the W position, as shown, thereby connecting the terminals 31 of the voltage regulator R across a resistor 44 in series with the field winding 33. The regulating part 35 is then adjusted so that the current flowing in the field winding will produce the desired no-load voltage. When the generator emits a variable voltage, the auxiliary power source is completely out of order.

Man skal merke seg at med denne anordning vil generatoren G i det vesentlige ha samme tomgangsspenning uansett nettspennings-variasjoner eller innvendige variasjoner i generatoren på grunn av oppvarming eller liknende. It should be noted that with this arrangement the generator G will essentially have the same no-load voltage regardless of mains voltage variations or internal variations in the generator due to heating or the like.

Som et alternativ for enkelte sveiseprosesser kan klemmene 31 koples- over klemmene W og CT ved å stille bryteren 34 i CV-stilling og bryteren 50' i WCP-stilling. Generatoren G har når den er koplet slik de dynamiske karakteristikker som man finner ved en generator med variabel spenning, men med konstant statisk spenningsutgang med statiske strømvariasjoner. Med denne anordning kan den statiske utgangsspenning stilles inn på forhånd med knappen 35 og den kalibrerte skala 36 til en hvilken som helst ønsket verdi og holdes på denne verdi under sveisingen. As an alternative for certain welding processes, the terminals 31 can be connected over the terminals W and CT by setting the switch 34 in the CV position and the switch 50' in the WCP position. The generator G, when connected in this way, has the dynamic characteristics found in a generator with variable voltage, but with a constant static voltage output with static current variations. With this device, the static output voltage can be set in advance with the knob 35 and the calibrated scale 36 to any desired value and held at this value during welding.

Uttrykket induktans slik det er benyttet i denne sak betyr hvis intet annet er sagt, den totale induktans kraftkilden har enten utvendig eller innvendig pluss induktansen av ledningene til elektroden. The term inductance as used in this matter means, unless otherwise stated, the total inductance the power source has either externally or internally plus the inductance of the leads to the electrode.

Tomgangsspenning er den spenning som avgis av kraftkilden når den ikke leverer strøm. No-load voltage is the voltage emitted by the power source when it is not supplying current.

Momentan spenning er spenningen over lysbuen slik den kan måles på et oscilloskop eller en oscillograf med hurtigvirkende nedtegning og en sterkt utvidet tidsbasis. Instantaneous voltage is the voltage across the arc as it can be measured on an oscilloscope or an oscillograph with fast-acting recording and a greatly extended time base.

Gjennomsnittlig spenning er den som man vil kunne måle med et voltmeter av d'Arsonval-typen som ikke er i stand til å følge de hurtige pulseringer av spenningen frembrakt av de vekslende kortslutninger og lysbueperioden. The average voltage is that which one would be able to measure with a d'Arsonval type voltmeter which is unable to follow the rapid pulsations of the voltage produced by the alternating short circuits and the arc period.

Momentan strøm er den strøm man kunne måle på et oscilloskop eller en oscillograf hvis man benytter hurtigvirkende nedtegning og en sterkt utvidet tidsbasis. Instantaneous current is the current that could be measured on an oscilloscope or an oscillograph if one uses fast-acting recording and a greatly extended time base.

Gjennomsnittlig strøm er den strøm som kan måles med et instrument av d<1>Arsonval-typen som ikke kan følge de hurtige pulseringer av strømmen i hver periode. Average current is the current that can be measured with a d<1>Arsonval-type instrument that cannot follow the rapid pulsations of the current in each period.

Kortslutningsstrømmens stigningshastighet angis med helningen på den del av strømkurven som svarer til det øyeblikk da en kortslutning inntrer over klemmene på en kraftkilde som har en tomgangsspenning på 30 volt eller som har sin maksimale tomgangsspenning hvis denne er mindre enn 30 volt, og man skal her være klar over at kurven er eksponensialform og har avtagende helning i forhold til tidligere, målt fra det øyeblikk da kortslutningen inntrer. For praktiske formål vil stigningen i strøm det første 0,01 sek multiplisert med 1000 være tilstrekkelig nær opptil. En generator med en stigningshastighet for kortslutningsstrøm på 100.000 amp/sek vil således ha en stigning på 100 amp på 0,001 sek, selv om strømmen ved enden av 0,00 3 sek bare vil være 250 amp. Man skal videre merke seg at strømmen hvis kortslutningen varer i lengre tid, vil være den maksimale kortslutningsstrøm kraftkilden kan avgi. The rate of rise of the short-circuit current is indicated by the slope of the part of the current curve that corresponds to the moment when a short-circuit occurs across the terminals of a power source which has an open-circuit voltage of 30 volts or which has its maximum open-circuit voltage if this is less than 30 volts, and one must here be aware that the curve is exponential in shape and has a decreasing slope compared to before, measured from the moment when the short circuit occurs. For practical purposes, the rise in current in the first 0.01 sec multiplied by 1000 will be sufficiently close to. Thus, a generator with a short-circuit current rise rate of 100,000 amp/sec will have a rise of 100 amp in 0.001 sec, even though the current at the end of 0.00 3 sec will only be 250 amp. It should also be noted that the current if the short circuit lasts for a longer time will be the maximum short circuit current the power source can deliver.

Når.tverrsnittet av en elektrode er gitt, er det med dette ment en massiv tråd eller den strømførende del av en margelek-trode eller rørformet elektrode. When the cross-section of an electrode is given, this means a solid wire or the current-carrying part of a margin electrode or tubular electrode.

Når foreliggende oppfinnelse anvendes får man bedre startegenskaper for lysbuen. Med en gang lysbuen er tent, går sveise-prosessen jevnt med et minimum av sprut og smeltebadets temperatur holder seg tilstrekkelig lav til at man også lett kan foreta skjevsveising, særlig sveising under-opp. When the present invention is used, better starting properties for the arc are obtained. As soon as the arc is lit, the welding process runs smoothly with a minimum of spatter and the temperature of the molten pool remains sufficiently low that it is also easy to carry out oblique welding, especially bottom-up welding.

Oppfinnelsen er her blitt beskrevet under henvisning til et foretrukket utførelseseksempel, men det er klart at modifika-sjoner og endringer kan foretas uten at man derved går uten oppfinnelsens ramme. The invention has been described here with reference to a preferred embodiment, but it is clear that modifications and changes can be made without thereby departing from the scope of the invention.

Claims

1. Method of electric arc welding, in which a continuous electrode is advanced towards a work piece to be welded and an arc is maintained between the end of the electrode and the work piece, which arc melts the work piece and forms a weld melt and melts the end of the electrode and forms droplets thereon, whereby the electrode and the welding melt short-circuit, characterized in that the electrode is continuously supplied with energy from a current source, comprising two direct current sources where the first has a substantially constant voltage output during variations in the current and a rate of rise for the short-circuit current of less than 60,000 amp/sec, and the second current source has a rate of rise for the short-circuit current of more than 60,000 amp/sec and a voltage output which is essentially constant during variations in the current up to the maximum current, whereby the rate of rise of the welding current, in case of short circuits between the droplets and, the welding melt, is increased to rapidly increase the welding current up to t il a value sufficient to break the short circuit faster than it would be broken at the aforementioned rate of rise of the current.

2. Power source for carrying out the method for electric arc welding which is stated in claim 1 and which comprises two direct current sources, both with a pair of output terminals where terminals with equal polarities are connected to each other and where the clamps are intended to be connected to one electrode and to a workpiece to be welded, characterized in that the first current source has a substantially constant output voltage at varying current and a rate of rise for the short-circuit current of less than 60,000 amps /sec, while the second current source has a short-circuit current rise rate of more than 60,000 amp/sec, and in that the first current source has an output voltage which maintains an arc between electrode and workpiece sufficient to melt this and. melt the electrode to form a droplet at the end of the electrode, and the second current source has an output voltage that is essentially constant at varying current up to the maximum current, thereby supplying no or a minimum of current when an arc is between the electrode and the workpiece , which output voltage is sufficient to supply current to the electrode when the droplet, still on the end of the electrode, comes into contact with the weld melt.

3. Power source as stated in claim 2, characterized in that the second power source has means for limiting the maximum short-circuit current to less than 500 amps.

4. Power source as specified in claim 2 or 3, characterized in that the first-mentioned power source has a rate of rise for the short-circuit current of between 15,000 and 40,000 amp/-sec.

5. Power source as specified in claims 2-4, characterized in that the second power source has a rise rate of the short-circuit current of between 100,000 and 1,000,000 amp/sec.

6. Power source as set forth in any one of the preceding claims, characterized in that the two power sources have static output voltages which remain substantially constant as the output current increases up to currents approaching the maximum rated current for each of them. •.;

7. Power source as stated in any one of the preceding claims, characterized in that the first source is a rotating direct current generator with output terminals and a maximum no-load voltage greater than 75 volts when magnetized up to a saturation factor of 1.3, while the other power source is a polyphase generator on the same shaft as the DC generator with output terminals connected to the input terminals of a full wave rectifier whose output terminals are connected to the output terminals of the DC generator.

8. Power source as stated in claim 7, characterized in that the power source has an armature and series-connected differential windings as well as devices for optional energy draining at the generator's output terminals, either directly from the armature or from the armature in series with the windings.

9. Power source as specified in claim 8, characterized in that a voltage regulator has output terminals connected to the field windings in the direct current generator and measuring input terminals connected directly across the armature.