NO300920B1 - Fremgangsmåte og koplingsanordning for regulering av sveiseströmmen hhv. sveiseeffekten i avhengighet av sveisehastigheten - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for regulering av sveisestrømmen ved en likestrøms-lysbuesveiseinnretning hhv. sveiseeffekten ved en lasersveiseinnretning i avhengighet av sveisehastigheten ved sveiseinnretninger for kontinuerlig langssømssveising av metallbånd som er formet til rør, idet det benyttes en sveisehastighetsavhengig spenning som mål for sveisehastigheten.

Videre angår oppfinnelsen en koplingsanordning for utførelse av fremgangsmåten for en likestrøms-lysbuesveiseinnret-ning (tilfelle a) hhv. en lasersveiseinnretning (tilfelle b), i hvilken sveiseelektroder mates fra en spenningskilde via en transformator, et sveisestrøminnstillende innstillingsledd og likeretterelementer, og innstillingsleddet påvirkes av en sveisehastighetsavhengig takogenerator som er tilkoplet til en regulator (tilfelle a), henholdsvis sveiselaserens utgangseffekt er innstillbar via en regulator som påvirkes av en sveisehastighetsavhengig takogenerator (tilfelle b).

Fra EP-A-0 143 450 er det kjent en fremgangsmåte og en innretning for sveising av gods som fremmates i forhold til en sveiseinnretning med pulset, høy energitetthet. Ved denne kjente innretning styres sveiseenergien i avhengighet av fremstillingshastigheten.

Det er også allerede kjent en koplingsanordning (DE-OS 1 900 856) ved hvilken sveiseinnretningens elektroder påvirkes fra en spenningskilde via en transformator, et sveisestrøminn-stillende innstillingsledd og en hastighetsavhengig takogenerator. Det er der anordnet midler for regulering av sveisestrøm-mens størrelse i avhengighet av matespenningen og elektrodeavstanden såvel som i avhengighet av temperaturfluktuasjoner. Ved en slik reguleringskopling for likestrømssveising måles sveise-strømmens faktiske verdi eller erverdi stadig og ved hjelp av en forstyrrelses-forsterkningskopling påvirkes innstillingsleddet allerede ved de minste fluktuasjoner, slik at sveisestrømstyrken svarer til de i det aktuelle tilfelle gitte krav. Reguleringen kan her foretas i løpet av kort tid, slik at fluktuasjoner av matespenningen eller elektrodeavstanden, eller også temperatur-forandringer, ikke gjør seg merkbare med hensyn til sveisestrøm-men, men sveisestrømstyrken stadig får den verdi som i hvert tilfelle er nødvendig for gjennomsveising av sveisesømmen.

Det oppstår imidlertid vanskeligheter når det forlanges økede fremstillingshastigheter og forskjellige metaller eller båndtykkelser kommer til anvendelse. Høye fremstillingshastigheter tillater nemlig den forstyrrende innvirkning av sveise-strømmens pulsasjon å stige, slik at det ikke lenger sikres at feilfrie sveisesømmer kan fremstilles med kjente reguleringsinn-retninger.

For å skaffe botemidler for dette, kunne man riktignok innbygge filterledd i reguleringskretsen, men på grunn av reguleringskretsens tidskonstanter er det imidlertid satt grenser for en vesentlig økning av sådanne filterkjeder. Også erstatning av kjente innstillingsledd, eksempelvis ved hjelp av transisto-rer, medfører ikke alltid den ønskede effekt eller gjør ytterligere omkostninger nødvendige, for eksempel på grunn av at den overskytende energi må bortledes ved hjelp av passende kjølemid-ler, såsom vann eller luft.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å utføre en sveisestrømregulering hhv. en regulering av sveiseeffekten, når det dreier seg om en laser-sveiseinnretning, i avhengighet av fremstillingshastigheten, hvor reguleringen sikrer en problemløs sammensveising av vilkårlige metaller og metallbånd av forskjellige båndtykkelser ved en optimal sveisestrømform.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det til en innstillbar, fra en fastspenningskilde avgitt fastspenningsverdi adderes en hastighetsavhengig spenningsverdi, og at de adderte, elektriske spenningsverdier tilføres til en sveisestrømregulator hhv. en regulator for laseren.

Innstillingen av en fastspenningsverdi, eventuelt i avhengighet av den valgte båndtykkelse, bevirker en nullpunkts-forskyvning i strøm-hastighetsdiagrammet, mens addisjonen av den hastighetsavhengige spenningsverdi fører til den i det aktuelle nullpunkt begynnende sveisestrøm- hhv. sveisebelastningskurve. Denne foranstaltning muliggjør valg av vilkårlige strøm- eller effektverdier i avhengighet av sveisehastigheten, og en tilpas-ning til vilkårlige sveisebetingelser er mulig.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en koplingsanordning av den innledningsvis angitte type, hvilken anordning er kjennetegnet ved at en innstillbar fastspenningskilde er koplet i serie med takogeneratoren, eller takogeneratoren og en fastspenningskilde med sine utganger er forbundet separat med inngangene til en summasjonsforsterker hvis utgang virker på regulatoren, idet en inngang til denne regulator er forbundet med en likestrømsomvandler som innmater sveisestrøm-erverdien (tilfelle a), henholdsvis sveiselaserens utgangseffekt er innstillbar via denne regulator (tilfelle b).

I det tilfelle hvor en innstillbar fastspenningskilde er koplet i serie med takogeneratoren, leverer takogeneratoren den hastighetsavhengige spenning på f.eks. 0-20 V, mens den innstillbare fastspenningskilde, eventuelt en vilkårlig trinnbryter, stiller til disposisjon en basis-spenningsverdi på 0-10 V.

De i en tilsvarende koplingsanordning adderte spenningsverdier tilføres da til den ene inngang til en sveisestrøm-regulator, mens sveisestrøm-erverdien som kommer fra strømtrans-formatoren, innmates på den andre inngang. En sammenlikning av skalverdi og erverdi i sveisestrømregulatoren fører da til den nødvendige sveisestrøm på utgangen.

Slik som ovenfor angitt, omfatter koplingsanordningen også en utførelse hvor takogeneratoren og en fastspenningskilde med sine utganger er forbundet separat med inngangene til en summasjonsforsterker hvis utgang virker på regulatoren, idet en ytterligere inngang til denne regulator er forbundet med en likestrømsomvandler. Ved denne anordning er en umiddelbar, gjensidig påvirkning ved addisjonen av de to spenningsverdier utelukket, og det er skaffet klare, elektriske forhold. Summasjons forsterkerens utgangs spenning blir da, slik som ovenfor allerede nevnt, også her tilført til den ene inngang til en sveisestrømregulator, mens den andre inngang til denne regulator mates med sveisestrøm-erverdien fra strømtransformatoren.

En ytterligere forbedring av sveisestrømreguleringen er også sikret når en spenningsdeler er anordnet mellom takogeneratorens utgang og summasjonsforsterkerens inngang. Ved hjelp av denne er sveisestrømkurvens helling innstillbar.

Dersom det til forskjell fra de nevnte likestrøms-lysbuesveiseinnretninger dreier seg om lasersveiseinnretninger, f.eks. i form av en C02-laser, vil man tilføre de adderte spenningsverdier til en tilsvarende regulator for laseren, eller la summasjonsforsterkerens utgang innvirke på laserregulatorens inngang.

Oppfinnelsens oppgave, å sikre optimale betingelser for sammensveisingen av metallbånd som er formet til rør, ved hjelp av reduksjon av svei ses trømmens pulsas jon, fører ved videreutvikling av oppfinnelsestanken til den foranstaltning at innstillingsleddet er en tyristorlikeretteranordning som styres via en etterinnkoplet, av regulatoren styrt transistorenhet. En slik anordning fører til en reduksjon av tapseffekten i transistorene, slik at en iblant ofte ganske kostbar avkjøling av disse koplingselementer bortfaller. Samtidig benytter man seg ved anvendelse av oppfinnelsen av fordelen med korte reguleringstider som fremkommer ved hjelp av anvendelsen av transistorene. Tyristorlikeretteranordningen styres på en slik måte at spenningsfallet over transistorene såvel som den derav betingede tapseffekt holdes på et minimum.

Ved gjennomføring av oppfinnelsen har det vist seg hensiktsmessig at det i tilbakeføringskretsen fra transistorenheten til tyristorlikeretteranordningen er anordnet en ytterligere reguleringsforsterker. Dermed er en problemløs styring av tyristorlikeretterne mulig, og dette gjelder også for høye fremstillingshastigheter.

For å sikre optimale betingelser for sammensveisingen av metallbånd som er formet til rør, ved hjelp av reduksjon av sveisestrømmens pulsasjon, kan man ved videreutvikling av oppfinnelsestanken som innstillingsledd benytte høyerepulsede likeretteranordninger, og eksempelvis kan man benytte en tolvpulset likeretterenhet.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere på grunnlag av de på fig. 1-5 viste utførelseseksempler.

Slik det fremgår av fig. 1, er det med 1 betegnet en matespenningskilde ved hvilken det eksempelvis kan dreie seg om 50 Hz-vekselstrømsnettet. Til spenningskilden 1 er det tilkoplet en transformator 2 som på sekundærsiden er forbundet med en tyristor 3. Mellom de med (+) og (-) betegnede elektroder 4 i den ikke viste sveiseinnretning og tyristoren 3 er det tilkoplet en likestrømsomvandler 5 på hvilken det på sekundærsiden kan uttas en spenning som svarer til sveisestrømmens erverdi.

Regulatoren 6 får sin energiforsyning over en ikke vist nettdel.

Tyristorlikeretteranordningen 3 blir som kjent igjen strømugjennomslippelig ved hver nullgjennomgang av spenningen og må da tennes på nytt. Denne tenning skjer via regulatoren 6 som alt etter omstendighetene legger tidspunktet for tyristorens 3 tenning tidligere eller senere, slik at det tilsvarende ankommer mer eller mindre strøm til sveiseelektrodene 4. Denne styring av tyristorenheten 3 via regulatoren 6 skjer nå imidlertid ikke umiddelbart, men som vist via en transistorenhet 7 som er innkoplet etter tyristorlikeretteranordningen 3, men som har en tilbakeføring 8 til denne, ved hjelp av hvilken tyristoranordnin-gen 3 via en reguleringsforsterker 9 styres på en slik måte at spenningsfallet over transistorene 7 og dermed tapseffekten kan holdes på et minimum. Ved hjelp av anvendelsen av transistorenheten 7 er derimot regulerbarheten ytterligere forbedret, og det er dessuten oppnådd en vesentlig reduksjon av sveisestrømmens pulsasjon, også ved høye avtakshastigheter. En ytterligere forbedring kan også oppnås ved at det, slik det fremgår av fig. 1, mellom tyristorlikeretteranordningen 3 og den etter denne innkoplede transistorenhet 7 er anordnet et filterledd 10.

Slik som allerede omtalt, kan det for oppfinnelsen iblant være fordelaktig at regulatoren 6 påvirkes med en spenning som er sammensatt av en innstillbar fastspenningsverdi og en hastighetsavhengig spenningsverdi. For å oppnå dette, er det anordnet en addisjonskopling bestående av en takogenerator 11 såvel som en over en motstand 12 innstillbar spenningskilde 13. Den av koplingselementene 11 og 13 resulterende spenningsverdi tilføres til regulatoren 6 som er forbundet med likestrømsomvand-leren 5 og fra denne mottar likestrøms-erverdien som da sammenliknes med den fra takogeneratoren 11 og den innstillbare spenningskilde 13 avgitte spenningsverdi og benyttes for reguleringen.

Til forskjell fra det på fig. 1 viste utførelseseksem-pel er det på fig. 2 vist en anordning ved hvilken den f.eks. sekspulsede tyristorlikeretteranordning 3 er erstattet av en tolvpulset anordning 14. I overensstemmelse med dette er også den fra matespenningskilden 15 matede transformator 16 utstyrt med en andre sekundærvikling. Alle andre koplingselementer i koplings- eller kretsanordningen ifølge oppfinnelsen svarer til elementene slik de er benyttet på fig. 1 for gjennomføring av oppfinnelsen.

Slik det fremgår av fig. 3, er det med 21 betegnet en matespenningskilde ved hvilken det eksempelvis kan dreie seg om 50 Hz-vekselstrømsnettet. Til matespenningskilden 21 er det tilkoplet en transformator 22 som på sekundærsiden er forbundet med en tyristor 23. Mellom de med ( + ) og (-) betegnede elektroder 24 i sveiseinnretningen og tyristoren 23 er det innkoplet en likestrømsomvandler 25 på hvilken det på sekundærsiden kan uttas en spenning som svarer til sveisestrømmens erverdi. En regulator 26 mottar sin energiforsyning via nettdelen 27. Slik som ovenfor allerede nevnt, blir tyristoren 23 ved hver nullgjennomgang av spenningen på nytt strømugjennomslippelig, og må da i hvert tilfelle tennes på nytt. Denne tenning foretas via regulatoren 26 som nå legger tidspunktet for tyristorens 23 tenning tidligere eller senere alt etter omstendighetene, slik at tilsvarende mer eller mindre strøm ankommer til sveiseelektrodene 24.

Vesentlig for oppfinnelsen er nå at regulatoren 26, i hvis sted også inngangen til en laser kan inntre, påvirkes av en spenning som fremkommer ut fra en innstillbar fastspenningsverdi og en hastighetsavhengig spenningsverdi. For å oppnå dette, er det anordnet en addisjonskopling bestående av en takogenerator 28 og en innstillbar spenningskilde 29. Den fra 28 og 29 tilveiebrakte spenningsverdi tilføres til regulatoren 26 som er forbundet med likestrømsomvandleren 25 og fra denne mottar sveisestrøm-erverdien som da sammenliknes med den fra takogeneratoren 28 og den innstillbare spenningskilde 29 avgitte spenningsverdi og benyttes for reguleringen. Likestrømsomvandleren 25 kan også dannes av en parallell- eller shuntmotstand med en etterinnkoplet skilleforsterker.

Til forskjell fra dette er det på fig. 4 valgt en anordning ved hvilken det for addisjon av de to spenningsverdier benyttes en summasjonsforsterker 30 av handelsvanlig konstruk-sjon. Utgangen fra summasjonsforsterkeren er forbundet med den ene inngang til regulatoren 26 hhv. med inngangen til f.eks. en regulerbar høyfrekvensgenerator som styrer utgangseffekten til en sveiselaser, mens den andre inngang er tilkoplet til strømom-vandleren 25. Den for addisjonen nødvendige fastspenningsverdi tilføres fra en innstillbar spenningskilde 31 til summasjonsforsterkerens 30 ene inngang, idet innstillingen av den aktuelle spenningsverdi foretas ved hjelp av en spenningsdeler 32. Den hastighetsavhengige verdi tilføres fra en takogenerator 33, idet steilheten av den hastighetsavhengige kurve eller karakteristikk er innstillbar ved hjelp av en trinnbryter 34.

Virkemåten av de på fig. 3 og 4 viste koplinger er vist i diagrammet på fig. 5. Over sveisehastigheten i m/min er sveisestrømmen angitt i ampere. Den til summasjonsforsterkeren 30 tilførte, fast innstillbare spenningsverdi fører til en bestemt basisstrøm, og slik det fremgår av figuren, fører en endring av denne spenningsverdi til en parallellforskyvning av nullpunktet i retning av strømaksen hhv. til en tilsvarende parallellforskyvning av kurveskaren C. For oppfinnelsen er det videre vesentlig at kurveskarens 30 helling kan forandres ved hjelp av den foran takogeneratoren 33 innkoplede trinnbryter 34, slik at det alt etter kravene i avhengighet av sveisehastigheten kan kjøres med mindre eller større sveisestrømstyrker pr. tidsenhet. Særlig fig. 4 viser de ifølge oppfinnelsen tilveiebrakte fordeler som gjelder på samme måte for likestrøms-lysbuesveiseinnretninger og laser-sveiseinnretninger, og viser seg ved at de fra takogeneratoren 33 og fastspenningskilden 31 til summasjonsforsterkeren tilførte spenningsverdier ikke påvirker hverandre, og at et felles nullpunkt er for hånden.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for regulering av sveisestrømmen ved en likestrøms-lysbuesveiseinnretning hhv. sveiseeffekten ved en lasersveiseinnretning i avhengighet av sveisehastigheten ved sveiseinnretninger for kontinuerlig langssømsveising av metallbånd som er formet til rør, idet det benyttes en hastighetsavhengig spenning som mål for sveisehastigheten, KARAKTERISERT VED at det til en innstillbar, fra en fastspenningskilde avgitt fastspenningsverdi adderes en hastighetsavhengig spenningsverdi, og at de adderte, elektriske spenningsverdier tilføres til en sveisestrømregulator hhv. en regulator for laseren.

2. Koplingsanordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 for en likestrøms-lysbuesveiseinnretning (tilfelle a) hhv. en lasersveiseinnretning (tilfelle b), i hvilken sveiseelektroder (4; 24) mates fra en spenningskilde (1; 21) via en transformator (2; 22), et sveisestrøminnstillende innstillingsledd (3; 23) og likeretterelementer, og innstillingsleddet (3; 23) påvirkes av en sveisehastighetsavhengig takogenerator (11; 28, 33) som er tilkoplet til en regulator (6; 26) (tilfelle a), henholdsvis sveiselaserens utgangseffekt er innstillbar via en regulator (6; 26) som påvirkes av en sveisehastighetsavhengig takogenerator (tilfelle b), KARAKTERISERT VED at en innstillbar fastspenningskilde (13; 29) er koplet i serie med takogeneratoren (11; 28), eller takogeneratoren (33) og en f astspenningskilde (31) med sine utganger er forbundet separat med inngangene til en summasjonsforsterker (30) hvis utgang virker på regulatoren (26), idet en inngang til denne regulator (26) er forbundet med en likestrømsomvandler (25) som innmater sveisestrøm-erverdien (tilfelle a), henholdsvis sveiselaserens utgangseffekt er innstilbar via denne regulator (26) (tilfelle b).

3. Koplingsanordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at en spenningsdeler er anordnet mellom takogeneratorens (33) utgang og summasjonsforsterkerens (30) inngang.

4. Koplingsanordning for en likestrøms-lysbuesveiseinn-retning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at innstillingsleddet (3) er en tyristorlikeretteranordning som styres via en etterinnkoplet, av regulatoren (6) styrt transistorenhet (7).

5. Koplingsanordning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at det i tilbakeføringskretsen fra transistorenheten (7) til tyristorlikeretteranordningen (3) er anordnet en ytterligere reguleringsforsterker (9).

6. Koplingsanordning ifølge krav 4 eller 5, KARAKTERISERT VED at det som innstillingsledd (3; 23) er anordnet en tolvpulset likeretteranordning.

7. Koplingsanordning ifølge krav 4 eller 5, KARAKTERISERT VED at et filterledd (10) er anordnet mellom tyristorlikeretteranordningen (3) og den etterinnkoplede transistorenhet (7).