NO783139L - Pulsstroemkilde for mig-lysbuesveising - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en pulsstrømkilde for MIG-lysbuesveising, omfattende en strømkrets for frembringelse av en grunn-strømandel av sveisestrømmen og en strømkrets for frembringelse av en pulsstrømandel av sveisestrømmen.

De kjente pulsstrømkilder leverer en grunnstrømandel og en pulsstrømandel for lysbue-sveisestrømmen. ' Praksis viser imidlertid at MIG-sveising med de kjente pulsstrømkilder har føl-gende ulemper: 1) Betjeningen av pulsstrømkilden er meget omstendelig da for-skjellige og ukjente parametre må innstilles av betjeningspersonen. Betjeningspersonen innstiller:

- pulsfrekvensen ved hjelp av bryter

pulsbredden ved hjelp av potensiometer

grunnspenningen ved hjelp av trinnbryter trådfremmatningshastigheten ved hjelp av potensiometer Betjeningspersonen kjenner imidlertid vanligvis ikke den op-timale kombinasjon av de følgende parametre, såsom

- pulsfrekvens

pulsbredde

grunnspenning

trådfremmatningshastighet

For at den riktige kombinasjon av parametrene skal kunne innstilles på sveisemaskinen på tross av disse usikkerheter, blir det i bruksanvisningen oppført en mer eller mindre om-fangsrik innstillingstabell som betjeningspersonen behersker noenlunde først etter intensivt studium og lang prøving. Her-til kommer også at de i innstillingstabellen gitte innstil-lingsdata bare er retningsgivende verdier som gjelder ved bestemte grensebetingelser, som f.eks. en bestemt, spenning av strømforsyningsnettet, et på forhånd gitt materiale i de deler skal sveises, og en bestemt geometri av disse deler, samt en på forhånd gitt beskyttelsesgass. Dette viser van-skelighetene ved riktig innstilling av sveiseparametrene. Ved MIG-pulssveising ligger forholdet mellom pulsstrøm og grunnstrøm, som bevirker gode sveiseegenskaper, i et meget snevert område. Dette betyr at parametrene ved hvert sveise-arbeid må innstilles meget nøyaktig. Denne nøyaktige innstilling er imidlertid mer eller mindre en følelsessak for betjeningspersonen, da den nevnte innstillingstabell bare angir retningsgivende verdier ved bestemte og idealiserte grensebetingelser.

2. De kjente strømkilder er avhengige av svingningene i strøm-forsyningsnettet, slik dette er nevnt i US-patent 3 588 465 (Air Reduction Comp. Inc. New York). 3. På grunn av den kompliserte konstruksjon av de kjente puls-strømkilder er fremstillingen av disse meget kostbar. 4. De kjente pulsstrømkilder medfører ikke så sjelden vanskelig-heter ved tenning av lysbuen. Denne vanskelighet oppstår på grunn av at grunnstrømandelen stiger ved innkoplingen av pulsstrømkilden og det meget ofte samtidig er for hånden en puls av den pulsformede strømandel, slik at de totale strøm-spisser stiger til meget høy verdi under tenningsforløpet. Denne plutselig frigitte, høye energi fører til en dårlig sveisesøm eller til driftsforstyrrelser som oppstår på grunn av fastsveising av trådelektroden på sveisepistolens kontakt-rør.

Formålet med oppfinnelsen er å eliminere de ovenfor omtalte ulemper.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det i hver strøm-krets er anordnet et innstillingsledd for påvirkning av grunn-strømandelen og pulsstrømandelen av sveisestrømmen..

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til teg-ningene, der fig. 1 viser den totale koplingsanordning for puls-strømkilden, fig. 2 viser koplingen av den til grunnstrømkretsen tilordnede regulator, fig. 3 viser koplingen av den til puls-strømkretsen tilordnede regulator, og fig. 4 viser tidsforløpet av sveisespenningen og sveisestrømmen under tenningen av lysbuen.

Pulsstrømkilden på fig. 1 innkoples ved innkopling av en hovedbryter 1. Spenningen som leveres fra strømforsynings-nettet, ankommer nå til den etter bryteren anordnede effekttransformator 2. Denne effekttransformator er i virkeligheten kon-struert tre-faset. For bedre illustrasjon er hele koplingsanordningen for pulsstrømkilden på fig. 1 tegnet énfaset. Effekt-transf orma toren 2 utgjør strømkilde for den av et innstillingsledd 3 og en induktivitet 4 bestående strømkrets for grunnstrøm-men. Effekttransformatoren 2 mater videre den med et innstillingsledd 5 forsynte pulsstrømkrets. De to strømkretser er koplet parallelt til en felles induktivitet 6. På utgangen av induktiviteten 6 ligger en sveisestrøm som består av grunnstrømandelen og pulsstrømandelen. Denne sveisestrøm ankommer til en innstrkks-enhet i trådfremmatningsapparatet 7. Som kjent befinner trådelektroden seg i dette trådfremmatningsapparat 7, hvilken elek-trode er opprullet på en stor rull i en lengde av ca. 100 m. Trådelektroden blir ved hjelp av en fremførings- eller matemeka-nisme, som er anordnet i trådfremmatningsapparatet 7, transpor-tert i retning av sveisepistolen 8 og videre til sveisestedet. Sveisestrømmen blir fra trådfremmatningsapparatet 7 avgitt til sveisepistolens 8 håndtak. Ledningene for den for sveiseforløpet nødvendige beskyttelsesgass samt for avkjøling er ikke inntegnet på fig. 1.

Ifølge fig. 1 blir innstillingsleddet 3 før grunn-strømkretsen styrt ved hjelp av en regulator 200. Innstillingsleddet 5, som er anordnet i pulsstrømkretsen, styres ved hjelp av 'en regulator 300.

Virkemåten for koplingen på fig. 1 skal beskrives i det følgende.

Etter lukning av den tre-fasede hovedbryter 1, som f .eks. kan være en mekanisk bryter, tilføres spenningen fra strøm-forsyningsnettet til effekttransformatoren 2 som nedtransformerer denne spenning til den ønskede verdi. På sin sekundærside har effekttransformatoren en tre-faset arbeidsvikling for forsyning av grunnstrømkretsen, en én-faset arbeidsvikling for forsyning av pulsstrømkretsen og noen andre viklinger for styrespenninger i enkelte elementer. Innstillingsleddet 3 må kunne styres elektro-nisk og ha likerettende virkning på strømmen. I det foreliggende utførelseseksempel er innstillingsleddet realisert med en halvstyrt trefasebro. En sådan trefasebro består som kjent av tre dioder og tre tyristorer. Over sine ledninger 201 styrer regulatoren 200 tyristorenes styreelektroder, slik at den på innstillingsleddet 3 utgang fremkommende grunnstrømandel ved hjelp av fase-avskjæringsstyring oppviser den forutbestemte ogønskede amplitude. Dette skjer ved at sveisespenningen uttas mellom innstillingsleddets 3 to utgangsledninger og avgis som er-verdi over ledningene 202 til regulatoren 200. I regulatoren 200 blir en forutbestemt referanse- eller børverdi sammenliknet med denne er-verdi. I overensstemmelse med denne sammenlikning blir over ledningene 201, av hvilke for enkelhets skyld bare den ene er vist på fig. 1, styreelektrodene for tyristorene i innstillingsleddet 3 styrt. For fullstendighetens skyld skal det også nevnes at det på innstillingsleddets 3 inngang må flyte en trefaset vekselstrøm og at det på utgangen må flyte en likestrøm. Likestrømmen ankommer nå til induktiviteten 4 som er anordnet for forbedring av

sveiseegenskapene.

Før den videre virkemåte beskrives, skal nå pulsstrøm-kretsen omtales. Fra effekttransformatoren 2 ankommer en énfaset ledning til innstillingsleddet 5 som er anordnet i pulsstrømkret-sen. Innstillingsleddet 5 kan være utformet som halvstyrt énfase-bro med to dioder og to tyristorer, eller være bestykket med en eneste tyristor. De på innstillingsleddets 5 utgang tilstedeværende pulser er nett-synkrone, dvs. de har samme frekvens som strømforsyningsnettet ved énveislikeretting. Ved toveislikeret-ting har pulsene den dobbelte frekvens i forhold til strømfor-syningsnettet. Ved begge likerettermetoder består også den mulighet å redusere pulsfrekvensen ved undertrykkelse av tilsva-rende halvbølger. Dette styres ved hjelp av regulatoren 100 over ledningene 301. Over ledningene 302 mottar regulatoren 300 et nettspenningsproporsjonalt styresignal. Regulatoren 300 skal også beskrives nærmere i forbindelse med fig. 3.

I utførelseseksemplet på fig. 1 ankommer pulsene fra innstillingsleddet 5 i parallellkopling med grunnstrømmen fra induktiviteten 4 til den ytterligere induktivitet 6. Begge in-duktiviteter tjener til korrekt kommutering mellom grunn- og pulsstrøm. Sveisestrømmen, som nå tas fra en regulert grunnstrøm-)krets og fra en regulert pulsstrømkrets, videreføres til tilsva- rende innstikkstilkoplinger i trådfremmatningsapparatet 7 og til sveisepistolen 8. Trådfremmatningsapparatet 7 blir med hen-syn til sin fremmatningshastighet regulert av en regulator 9. Denne regulering skjer på den måte at en med fremmatningshastig-heten proporsjonal spenning tilføres til regulatoren over en ledning 92. Betjeningspersonen innstiller bør-verdien på regulatoren 9 på en slik måte at kombinasjonen av sveiseparametrene er opti-mal. Sammenlikningen mellom de to verdier fra ledningene 92 og den innstilte bør-verdi gir et styresignal som tilføres til trådfremmatningsapparatet 7 over ledningen 91. Fremmatningshastig-heten overholdes i overensstemmelse med dette styresignal. De tre regulatorer 9, 200 og 300 kan samarbeide med hverandre på en slik måte at ved en på forhånd gitt og ønsket sveiseparameter styres de to andre sveiseparametre. Sveiseparametrene er spenning, trøm og fremmatningshastighet. Dette er særlig fordelaktig ved automatisk sveising eller ved overvåket sveising. Denne totale sveisestrømkilde er på grunn av de tre regulatorer fjernbetjenbar, hvilket er fordelaktig når det egentlige sveisested er anordnet på en viss avstand fra maskinen.

Fig. 2 viser koplingsanordningen for regulatoren 200 som er anordnet i grunnstrømkretsen på fig. 1. Ved manuell sveising innstiller betjeningspersonen bør-verdien for den ønskede sveisespenning på en bør-verdigiver 203. Denne manuelle innmatning kan også erstattes av en automatisk innmatning. Dette er tilfellet ved automatisk sveising. På de to utgangsledninger fra innstillingsleddet 3 tar ledningene 202 ut er-verdien av sveisespenningen. En integrator 204 danner ved hjelp av en bestemt tidskonstant den lineære middelverdi av den pulserende sveisespenning. Denne lineære middelverdi blir som er-verdi tilført til

et sammenlikningspunkt 205. Differansen mellom bør-verdien og er-verdien ankommer til en PI-regulator 206. De to byggeelemen-ter 205 og 206 blir også betegnet som summerende forsterkere med PI-karakteristikk. I overensstemmelse med utgangssignalet fra IP-regulatoren 206 blir de for innstillingsleddet 3 nødvendige styrepulser dannet i en styrekopling 207. Disse styresignaler for de i innstillingsleddet 3 anordnede tyristorer fremkommer på ledningene 201. I overensstemmelse med dette styresignal blir tyristorene innkoplet med en fase-avskjæringsvinkel. Når det i det likerettende innstillingsledd 3 er anordnet andre byggeele-

b

menter i stedet for tyristorene, må styrekoplingene 207 være utformet for dannelse av de for disse nødvendige styresignaler. Regulatorens 200 er-verdi for innstillingsleddet 3 i grunnstrøm-kretsen ifølge fig. 1 og 2 er sveisespenningen, bestående av en grunnspennings- og en pulsspenningsandel. Dette har den fordel at den totale strømkilde er spenningsregulert. Denne kopling gjør det mulig å eliminere de forstyrrende nettspenningssvingnin-ger.

Regulatoren 300, som regulerer innstillingsleddet 5 i pulsstrømkretsen, skal beskrives næremre under henvisning til fig. 3. Den egentlige regulatorkrets består av en bør-verdigiver 304, et sammenlikningspunkt 305, en regulator 306, en tennpulskopling 307, en regulatorstrekning 303, en er-verdiføler 308 og en integrator 309. Over sammenlikningspunktet 305 innvirker dess-uten en kopling for forsterket forstyrrelses- eller støystørrelse, bestående av en støystørrelses-anrikningskopling 311, en støy-størrelsesføler 312 og en integrator 313, på reguleringskretsen. Støystørrelses-anrikningskoplingen 311 og reguleringsstrekningen 303 mates av den over ledningen 302 tilførte spenning. Spenningen over denne vikling er synkron med spenningen på effekttrans-formatorens 2 regulærvikling, hvilken spenning mater innstillingsleddet 5 og er proporsjonal med nettspenningen. Mens den over sekundærviklingen for matning av innstillingsleddet 5 liggende spenning er lastavhengig (ifølge sveiseforløpet), er de på den andre vikling og således på ledningen 302 tilstedeværende spenning i det vesentlige lastuavhengig. Reguleringsstrekningen 303 er en etterlikning av innstillingsleddet 5. Ved tennforløpet blir innstillingsleddet 5 etter en tidsforsinkelse t tilkoplet ved hjelp av et relé 314. Med denne koplingsanordning oppnås at innstillingsleddet 5 ikke er underkastet noe innsviningsforløp for regulatoren 300. Tenningsforløpet skal beskrives nærmere i forbindelse med fig. 4. I bør-verdigiveren 304 blir bør-verdien for den nødvendige fase-avkjæringsvinkel, som skal frembringes ved hjelp av innstillingsleddet 5, innmatet. Denne bør-verdi er avhengig av materiale og diameter for den for sveising benyttede trådelektrode og må innmates av betjeningspersonen. Ved hjelp av den i forbindelse med fig. 3 beskrevne anordning blir - slik det fremgår av fig. 1 - den nødvendige pulsytelse uavhengig av nett-spenningssvingninger tilført til sveisestedet via innstillings leddet 5, induktiviteten 6, trådfremmatningsapparatet 7 og sveisepistolen 8.

Fig. 4 .viser spenningsforløpet Us og ; strømforløpet lg under tenningsforløpet for lysbuen. Av denne figur fremgår at som følge av den spesielle anordning av innstillingsleddene 3 og 5 i grunnstrøm- og pulsstrømkretsen i samarbeid med de to regulatorer 200 og 300 under lysbuens tenningsforløp mellom trådelektroden (sveisepistolen 8) og det kort som skal sveises, blir pulsstrømmen først etter en viss tidsforsinkelse t stilkoplet til grunnstrømandelene. Tilkoplingen av pulsstrømmen 4 00 til grunn-strømmen 401 skjer etter tidsforsinkelsen ts. For sveisespenningen Us foreligger de samme forhold som for sveisestrømmen. , Også der blir den pulsformede spenningsandel 402 etter tidsforsinkelsen tstilkoplet til grunnspenningsandelen 403. Fordelen med dette forløp er innlysende, da det ekstremt høye energistøt ved samtidig tilkopling av grunnstrømkretsen og pulsstrømkretsen hin-drer en korrekt tenning av lysbuen. Tenningsforløpet måtte i dette tilfelle gjentas flere ganger, hvilket ikke er tilfelle ved anordningen ifølge oppfinnelsen.

Claims (14)

1. Pulsstrømkilde for MIG-lysbuesveising, omfattende en strømkrets for frembringelse av en grunnstrømandel av sveisestrøm-men og en strømkrets for frembringelse av en pulsstrømandel av sveisestrømmen, karakterisert ved at det i hver strømkrets er anordnet et innstillingsledd (3, 5) for påvirkning av grunnstrøm- og pulsstrømandelen av sveisestrømmen (lg)-

2. Strømkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at innstillingsleddet (3) som er anordnet i strø mkretsen for frembringelse av grunnstrømandelen av sveisestrømmen (lg)/ inneholder styrbare tyristorer og ikke styrbare dioder.

3. Strømkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at innstillingsleddet (3) som er anordnet i strømkretsen for frembringelse av grunnstrømandelen av sveisestrømmen, inneholder en ikke styrbar likeretter med etter denne innkoplede transisto-rer.

4. Strømkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at innstillingsleddet (3) som er anordnet i strø mkretsen for frembringelse av grunnstrø mandelen av sveisestrø mmen, inneholder en transduktor og en likeretter.

5. Strømkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at innstillingsleddet (5) som er anordnet i strømkretsen for frembringelse av pulsstrømandelen av sveisestrømmen (Ig), inneholder en styrbar tyristor.

6. Strømkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at innstillingsleddet (5) som er anordnet i strømkretsen for frembringelse av pulsstrømandelen av sveisestrømmen (Is ), inneholder styrbare tyristorer og ikke-styrbare dioder.

7. Strømkilde ifølge ett av kravene 1, 2, 3 og 4, karakterisert ved at regulatoren (200) som regulerer innstillingsleddet (3) i grunnstrømkretsen, inneholder et sammenlikningspunkt (205), en PI-regulator (206) og en styrekopling (207) for styring av elementene i innstillingsleddet (3), idet den fra utgangen uttatte og i en integrator (204) som middelverdi utformede er-verdi i sammenlikningspunktet (205) subtraheres fra en i en bør-verdigiver (203) frembragt bør-verdi.

8. Strømkilde ifølge ett av kravene 1, 5 og 6, karakterisert ved at regulatoren (300) som regulerer innstillingsleddet (5) i strømkretsen for pulsstrømandelen, inneholder en reguleringskrets (304, 305, 307, 303, 308, 309) og en kopling (311, 312, 313) for forsterket^ forstyrrelsesstørrelse, idet reguleringskretsen og koplingen for forsterket forstyrrelses-størrelse styres av en nettspenningsproporsjonal, lastuavhengig styrestørrelse.

9. Strømkilde ifølge krav 8, karakterisert ved at regulatoren (300) inneholder en reguleringsstrekning (303) som funksjonsmessig er en avbildning av innstillingsleddet (5) og styres av en nettspenningspropors j onal, lastuavhengig styre,stør-relse.

10. Strømkilde ifølge krav 1 og 8, karakterisert ved at regulatoren (300) inneholder en tennpulskopling (307) som leverer tennpulsene for innstillingsleddet (5) og reguleringsstrekningen (303) slik at disse to elementer styres med den samme faseavskjæringsvinkel.

11. Strø mkilde ifølge krav 1 og 8, karakterisert ved at regulatoren (300) inneholder et sammenlikningspunkt (305) som subtraherer den ved hjelp av den lastuavhengige spenning i byggeelementene (303, 308, 309) frembragte er-verdi fra den i bør-verdigiveren (304) innmatede bør-verdi for pulsbredden, idet det i koplingen (311, 312, 313) for forsterket forstyr-relsesstørrelse frembragte, nettspenningsproporsjonale bør-verdi-'signal i sammenlikningspunktet (305) benyttes for korreksjon av den i bør-verdigiveren (304) forinnstilte bør-verdi for pulsbredden.

12. Strømkilde ifølge krav 1 og 8, karakterisert ved at det i tennpulskoplingen (7) tilveiebragte signal for aktivering av innstillingsleddet (5) tilfø res til innstillingsleddet over et relé (314).

13. Strømkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at pulsstrømandelen (400) ved lysbuens tennforløp tilkoples til grunnstrømandelen (401) først etter en viss tidsforsinkelse (ts ), idet innstillingsleddet (5) aktiveres over et relé (314) i regulatoren (300).

14. Strømkilde ifølge krav 1, karakterisert<3> ved at pulsspenningsandelen (402) ved lysbuens tennforløp tilkoples til grunnspenningsandelen (401) først etter en viss tidsforsinkelse (ts ), idet innstillingsleddet (5) aktiveres over et relé (314) i regulatoren (300).