SE512884C2 - Anordning och förfarande för kortslutande ljusbågssvetsning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 * 512 884 ' under svetscykelns kortslutningsdel astadkommes av effektmatningsstyrkretsen_ Dessutom finns vanligen en förvarningskrets, sa att en given ökning i dv/dt signalerar det omedelbart förestående bildandet av smältningen.

Följaktligen kan svetsströmmen minskas till en bakgrundsniva IB eller mindre omedelbart innan smältningen sker. Pa detta sätt minskas drastiskt energin hos smältningen under varje svetscykel. Detta minskar sprut vid avslutande av kortslutningstillstàndet. Olika kretsar för att styra strömflödet under kortslutningsdelen eller -tillståndet av svetscykeln är kända inom tekniken sasom sprutstyrkretsar, eftersom smältningen anses utgöra den primära sprutkällan vid kortslutande bàgsvetsning. I sökandens patent och I patentansökan, vilka här inbegrips genom referens, igenkändes och förhindrades eller modifierades annan sprutproducerande dynamik i svetsprocessen med nya styrprinciper. En princip var att åstadkomma en högenergipuls, som följer med nagon tidsfördröjning efter smältningen, sa att bagbildnings- tillståndet efter smältningen kunde initieras av en högenergi- strömpuls, som ibland hänvisas till såsom en "plasmaökande“ puls. Med användning av en plasmaökande högenergipuls omedel- bart efter pàbörjande av ett bägbildningstillständ i svets- cykeln uppträdde snabbt smältning genom anoduppvärmning vid spetsen av svetstràden, som frammatas mot den smälta metall- pölen pa arbetsstycket. Denna snabba smältning gjorde att en smält metallkula bildades vid änden av träden med likformig storlek, vilken kula sedan förflyttades mot pölen av smält metall när träden matades mot arbetsstycket. Efter den plasma- ökande strömpulsen fördes en bakgrundsström IB genom bàgen för att bibehålla den smälta kulans smälta tillstànd. Genom att styra strömmen och använda en bestämd tid för den plasmaökande pulsen reglerades energin i den plasmaökande pulsen. Trádens ände smältes för bildande av en smält metallkula med en tämli- gen likformig storlek baserad pa en enerigmängd, som applice- ras vid den plasmaökande strömpulsen. Därefter påverkades bà- gen med en bakgrundsströmniva, varvid ett smält tillstànd bi- behölls till dess kortslutningen skedde.

Med användning av en plasmaökande puls med en bestämd tid infördes en annan energimängd i den smälta-metallkulan när utstickningen av den förbrukbara elektroden eller svetstraden 10 15 20 25 30 35 512 884 3 ' varierade. Sàlunda_kunde tidigare system, som använde en be- stämd tid vid den plasmaökande strömpulsen, användas för auto- matisk svetsning men halvautomatisk svetsning, varvid manuell hantering ändrade utsträckningen, medförde svårighet. Den plasmaökande strömpulsen gav ibland inte tillräcklig uppvärm- ning vid tràdens ände för smältning. Detta medförde stubbning.

Dessutom var svetscykelns längd inte konstant under långa tidsperioder, eftersom det var väsentliga variationer vid bör- jan av de enskilda cyklernas kortslutningstillstànd.

Ett unikt drivsystem för sprutstyrkretsen utvecklades av sökanden, varvid de enskilda svetscyklerna har en huvudsakli- gen bestämd upprepningsfrekvens, såsom 30-100 svetscykler per sekund. Effektmatningen för sprutstyrningen innefattar'organ för att paföra en följd av ingående strömpulser över träden och arbetsstycket med en pulsfrekevens, som är väsentligt högre än den vanligen bestämda upprepningsfrekvensen för svetscyklerna. och pulsbreddändringsorgan är anordnade för att reglera strömflödet mellan träden och arbetsstycket manga gän- ger under var och en av svetscyklerna. I praktiken är upprep- ningen approximativt 20 kHz, så att det verkliga strömflödet under svetscykeln regleras med den takt, som bestäms av perio- den för en styrsignal med frekvensen 20 kHz. Pa detta sätt bibehålls noggrann styrning utan väsentlig störning med krets- parametrar. Vid användning av denna princip utnyttjas en rela- tivt låg induktans över effektmatningssystemet utgangsledare.

Den laga induktansen gör att svetsströmmen kan följa den öns- kade strömprofilen under både kortslutningssteget och plasma- steget. Den laga induktansen åstadkommer emellertid inte till- räcklig ström för att konsekvent bibehålla bàgen. Pulsbredd- ändringsorganet innefattar ett àterkopplingsstyrorgan för att ändra pulsbredden hos de ingående strömpulserna i riktning för att bibehålla en i förväg vald elektrisk karaktäristik. Selek- tivt pàverkade kretsorgan används för att ändra det elektriska tillståndet under olika delar av var och en av svetscyklerna.

Pa detta sätt kan aterkopplingsstyrningen ändras under olika delar av svetscykeln för att bringa strömstyrningen att följa ett i förväg valt mönster eller en i förväg vald profil för astadkommande av de elektriska parametrarna hos sprutstyrkret- sen, sàsom tidigare beskrivits. _ 10 15 20 25 30 35 40 512 8844 ° Drivkretsen för sprutstyrsystemet eller sprutstyrkretsen innefattar en pulsbreddmodulator, som regleras snabbt, tex med en frekvens av 20 kHz. Bredden av de individuella pulserna vid de olika delarna av svetscykeln styrs av aterkopplingsstyr- kretsen, vilken tenderar att bibehålla ett i förväg valt till- stànd vid en styrpunkt. På detta sätt kan denna styrpunkt pà- verkas och utsättas för olika elektriska parametrar under var- je svetscykel för reglering av svetscykelns profil enligt en godtycklig plan. Sålunda kan PINCH-cykeln styras av ström och ha olika ström vid olika delar. Plasmaökningen kan styras ge- nom ett arrangemang med konstant wattförbrukning, konstant ström eller konstant spänningsåterkoppling med i förväg vald profil för den valda, styrda elektriska karaktäristiken. Med användning av den höga frekvensen och den selektivt justerbara styrprincipen kan sålunda ett stort antal individuella svets- cykler förprogrameras och styras.

Vid normala kortslutande svetsoperationer åstadkommas en relativt stor drossel i svetskretsen för att styra svetsström- men men sådana drosslar är relativt dyrbara, tunga och ger en avsevärd induktiv reaktans i svetskretsen. Denna induktiva reaktans minskar vid användning av en högfrekvent drivenhet svetskretsens förmåga att följa den i förväg valda och av kom- mandostyrkretsen bestämda profilen. Dessutom minskar en rela- tivt stor drossel den tid, som erfodras för att en svetsström skall minskas till en acceptabel nivå före smältningsexplosio- nen vid slutet av svetscyklens PINCH-del. I tidigare ansöknin- gar har föreslagits att placera ett motstånd över den av var- ningskretsen drivna omkopplaren, så att omkopplaren, när dv/dt eller di/dt anger en förestående smältningsexplosion i PINCH-cykeln, öppnas och motståndet bringas i serie med dros- seln. Detta minskar drastiskt svetsströmmen för minskning av energimängden vid smältningsexplosionen. Detta arrangemang använder emellertid en drossel med relativt stor induktiv in- duktans, förbrukar energi och förhindrar noggrann följning av återkopplingsprofilen. En minskning i sprutningen förekommer vid smältningsexplosionen men följningen av likströmshackar- kretsen för den valda strömprofilen är mindre noggrann under den återstående delen av svetscykeln. Av detta skäl har före- slagits att använda en drossel med relativt liten reaktans i svetskretsen. Pà detta sätt kommer den av varningskretsen pà- 10 15 20 25 30 35 40 512 884 s verkade omkopplaren att drastiskt minska strömmen vid smält- ningsexplosionen och den kommer också att tillàta att àterden reducerade drosselstorleken ökar svetsströmmens pulse- ringsfaktor. Följakligen kan svetsströmmens pulsering, under cykelns bakgrundsdel, speciellt efter en plasmaökande puls, vara sådan att den utsläcker bågen. När detta inträffar åter- tänder hågen inte förren den följande kortslutningen i svets- cykeln har inträffat. Detta medför ett visst ojämnt beteende hos svetscykeln, vilket skall undvikas för jämn svetsning med god kvalitet. För att eliminera denna svårighet har föresla- gits att anordna en andra effektkälla, vilken har en relativt liten, bestämd bakgrundsström, för att bibehålla den minimi- ström, som är tillgänglig för svetsstationen vid alla tidpunk- ter. Sålunda kommer inte det högpulseringstillständ, som för- orsakas genom användning av en drossel med liten induktiv reaktans, att minska den tillgängliga svetsströmmen under bak- grundsströmmen från den andra effektkällan. PÅ detta sätt är en fast bakgrundsström alltid tillgänglig. Varningskretsen minskar svetsströmmen ner till bakgrundsströmmen genom att öppna varningskretsens omkopplare och bringa ett dämpmotstànd i serie med drosseln. Den lilla drosselns laga induktiva reak- tans tillåter noggrann följning av profilen medelst återkopp- lingskretsen oberoende av om den styrs av spänning, ström el- ler wattförbrukning. Användningen av en separat och bestämd effektkälla är emellertid dyrbar och lika besvärlig som anord- nade av en relativt stor drossel. Dessutom var bakgrundsström- men från den andra effektkällan relativt hög, dvs i närheten av 20 ampere.

"UPPF1NN1NGsN.

Efter avsevärt arbete med avseende pa sprutstyrsystem har det bestämts att bågen kan tändas med en relativt lag, tillgänglig bakgrundsström, som är mindre än ungefär 10 ampere, med den höga spänning, som skapas när bagen släcks eller tenderar att släcka. En kontinuerlig matning av relativt låg ström åstadkommes i sprutstyrsystemet. När bagen tenderar att släcka kommer den spänning av approximativt 70 volt, som skapas mellan arbetsstycket och elektroden, att vara en till- räcklig spänning för att upprätthålla och bibehålla en båge.

Följaktligen hänför sig föreliggande uppfinning till principen 10 15 20 25 30 35 40 512 884 s att àstadkomma ett kortslutande styrsystem, där bakgrunds- strömmen har ett kontinuerligt relativt lagt värde, i närheten av 5-10 ampere, varvid strömmen är tillgänglig för att bibe- halla bàgen vid alla PLASMA-delar av svetscykeln. Denna rela- tivt làga ström kan variera nagot och behöver inte regleras eller dirigeras till svetsstationen via nagot speciellt styr- system. Genom att använda denna uppfinnings princip kan en relativt liten drossel anordnas i den primära svetskretsen, vilken är i serie med varningsomkopplaren, under det att en hjälpkrets kontinuerligt är tillgänglig för att åstadkomma lag bakgrundsström över svetsstationen. Pa detta sätt tillater huvuddrosselns laga induktiva reaktans noggrann följning av profilen för svetscykeln under bade PLASMA-delen av cykeln och PINCH-delen av cykeln. Systemets varningskrets kommer omedel- bart att minska strömmen till den oreglerade laga bakgrunds- strömnivan. Denna strömminskning kommer att vara väsentligen momentan beroende pà huvudsvetsdrosselns laga reaktans. Det genom den ökade pulseringseffekten, beroende på huvuddrosselns laga induktiva reaktans, förorsakade bagbildningsproblemet har inte någon betydelse, eftersom den konstanta bakgrundsströmmen alltid är tillgänglig under svetscykelns PLASMA-del.

Eftersom bakgrundsströmmen är relativt liten behöver den inte styras extremt noggrannt och det finns inget behov av strömreglering. Sålunda är kretsen för att realisera förelig- gande uppfinning relativt enkel och billig. Bakgrundsström- kretsen kommer att inkludera en stor ”kick"drossel jämte ett seriemotstànd för att styra strömflödet genom kickdrosseln.

Följaktligen har bakgrundströmmen ett kontinuerligt relativt konstant värde, som styrs av den stora kickdrosseln. Den lilla huvuddrosseln i själva svetskretsen tillåter noggrann ström- följning samt en snabb minskning i strömmen vid tiden för smältningsexplosionen.

När förvarningskretsen öppnar förvarningsomkopplaren passerar en stor initialström genom det över förvarningsomkop- plaren kopplade parallellmotstàndet. Motståndet jämte en liten induktans minskar drastiskt strömmen fran den primära svets- kretsen. Strömmen genom svetsstationen kommer att vara huvud- sakligen bakgrundsströmmen genom den stora drosseln, vilken ström har ett värde, som är väsentligt mindre än cirka 10 am- pere. Salunda kommer förvarningskretsen att minska den genom 10 15 20 25 35 40 512 884 v svetsstationen flytande strömmen omedelbart före smältningsex- plosionen till mindre än cirka 10 ampere. Denna lilla drossel i huvudsvetskretsen är inte tillräckligt stor för att bibehäl- la_högre strömflöde genom svetsstationen. Sålunda minskas strömmen snabbt fran avsnörningsvärdet till bakgrundsnivàn, som är mindre än cirka 10 ampere. Pà detta sätt bibehåller den stora drosseln i bakgrundsströmkretsen strömmen vid den låga nivà, vilken inte kunde upprätthällas av drosseln i huvud- svetskretsen. Detta medför en omedelbar minskning i ström, vilken minskning är snabbare och lägre än vad som kan erhàllas med tidigare kända kretsar. Energin i bakgrundströmkretsens stora kickdrossel ger tillräcklig spänning, så att bägen, när- helst den bryts, tenderar att àterupprättas. Detta är spe- ciellt viktigt efter den plasmaökande pulsen i svetssystemet.

Denna lilla bakgrundsström har ingen verkan pa svetsoperatio- nen förren strömmen genom svetsstationen tenderar att vara mindre än bakgrundsströmkretsens fasta värde av 5-10 ampere.

Den laga induktansen i huvudsvetskretsen tillàter nog- grann följning. Den höga induktansen i bakgrundsströmmen til- låter start av bàgen och bibehållande av bágen vid alla tid- punkter.

Det förekommer en minskning i den tid, som erfodras för strömmen att minska till bakgrundsnivàn sàsom svar pa förvar- ningskretsens påverkan.

Enligt föreliggande uppfinning ástadkommes en förbätt- ring i ett kortslutande bàgsvetssystem, som innefattar en ar- betsstation med en förbrukbar elektrod och ett arbetsstycke, en likströmseffektkälla med en positiv och en negativ klämma, styrorgan med högfrekvensström för att paföra en svetsström med en given tidbaserad profil över arbetsstationen, under det att elektroden är kortsluten och under det att elektroden är skild fràn arbetstycket, ett svetströmkretsorgan, som innefat- tar ett första organ för att åstadkomma en första induktiv reaktans i serie med strömstyrorganen och arbetsstationen, varigenom svetsströmmen följer den tidsbaserade profilen i överensstämmelse med den första induktiva reaktansen, varvid förbättringen innefattar ett bakgrundsströmkretsorgan mellan effektkällan och arbetsstationen och parallellt med strömstyr- organen och nämnda första organ för att kontinuerligt pàföra en bakgrundström över arbetsstationen. Detta bakgrundström- 10 15 20 25 30 35 40 512 8848 kretsorgan innefattar ett andra organ för astadkommande av en andra induktiv reaktans, som är avsevärt större än den första induktiva reaktansen, samt ett motstàndsorgan för styrning av den bakgrundsström, som kontinuerligt flyter fran effektkällan till arbetsstationen genom bakgrundsströmkretsorganet_ Pa det- ta sätt åstadkommer hög induktiv reaktans i bakgrundsström- kretsorganet ett kontinuerligt strömflöde med en relativt lag nivà, som ligger inom det allmänna omradet 5-10 ampere, under det att den laga induktiva reaktansen hos svetskretsen tilla- ter följning av den av högfrekvensstyrorganet bestämda profi- len. Med användning av detta system stabiliseras bàgen. Dess- utom kan strömmen drastiskt minskas vid tidpunkten för en nära förestående smältningsoperation.

Det primära syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett kortslutande bàgsvetssystem, vilket system nog- grannt följer en önskad profil vid användning av en styrkrets med högfrekvent inström och en hjälpkrets med lag bakgrunds- ström, vilken krets har hög induktiv reaktans.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett kortslutande bàgsvetssystem samt ett förfaran- de, varvid systemet och förfarandet innefattar en lag induk- tiv induktans i en svetskrets samt en hög induktiv reaktans i en parallell, huvdsakligen oreglerad bakgrundströmkrets.

Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett system och ett förfarande enligt ovan, vilket system och förfarande följer den önskade profilen, til- làter snabb minskning i svetsströmmen och bibehåller bagstabi- liteten under svetscykelns bagtillstand.

Dessa och andra syften och fördelar kommer att framgå klart av den följande beskrivningen tillsammans med de bifoga- de ritningarna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA.

Fig. 1 visar ett kopplingsschema, som askàdliggör före- liggande uppfinning i en vid aspekt; Fig. 2 visar ett kopplingsschema, som askàdliggör den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning, varvid vissa strömflöden àskadliggörs i schemat; Fig. 3 visar ett partiellt kopplingsschema, som àskad- liggör en modifikátion av den i fig. 2 àskadliggjorda före- dragna utföringsformen; 10 15 20 25 30 35 40 512 884 9 Fig. 4 visar ett aktuellt diagram, som àskadliggor en typisk strömprofil för en enda svetscykel, vilken används i ett system eller ett förfarande, som utnyttjar föreliggande uppfinning; Fig. 5 visar en partialvy av den profil, som följs med hjälp av föreliggande uppfinning, och àskadliggör atsnörnings- delen i svetscykeln samt en viss fördel med föreliggande upp- finning; Fig. 6 visar en partiellvy av den profil, som följs med hjälp av föreliggande uppfinning, och askàdliggör PLASMA-BOOST- och PLASMA-delarna i svetscykeln samt förklarar en speciell fördel med föreliggande uppfinning; Fig. 7 visar en vy liknande den i fig. 6, varvid ett system och ett förfarande, som inte utnyttjar föreliggande uppfinning, askadliggörs.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM.

Hänvisning sker nu till ritningarna, varvid framställ- ningarna är avsedda att åskàdliggöra'endast en föredragen ut- föringsform av uppfinning och inte att begränsa densamma. Här- vid visar fig. 1 ett kortslutande bagsvetssystem A, som är kopplat till utgången hos en likströmseffektkälla 10 med ut- klämmorna 12, 14. Denna effektkälla skulle kunna vara en lik- riktad utspänning fràn en ledningstranformator eller nagon annan lämplig utströmkälla. Sytemet A pàtrycker likströms- effektkällans utspänning pà en svetsstation W, som innefattar en förbrukbar elektrod 16 samt ett arbetsstycke 18. Såsom vid varje kortslutande bàgsvetssystem växlar elektroden 6 mellan ett kortslutningstillstand med avseende pa det med elektroden ingripande arbetstycket 18 och ett bagbildningstillstànd, var- vid elektroden är skild fràn arbetstycket och en elektrisk båge E är bildad mellan arbetstycket och elektroden i syfte att smälta elektrodens ände och bibehálla denna smält när den matas mot arbetstycket under ett efterföljande kortslutnings- tillstànd. Denna typ av svetscykel àskàdliggörs schematiskt i fig. 4 och växlar mellan ett kortslutningstillstànd och ett plasmatillstand. Under plasmatillstandet är det nödvändigt at bagen E skapas och alltid bibehålls i och för jämn och effek- tiv svetsning. Svetscykeln, vilken upprepas flera gånger per sekund, maste styras noggrannt i syfte att minska sprut vid olika tidpunkter under svetscykeln. Systemet A àskàdliggörs 10 15 20 25 30 35 40 512 884 10 med en svetsströmkrets 20 med en huvuddrossel 22, som har en liten induktiv reaktans, tex approximativt 7,0 ufl. Denna rela- tivt lilla huvuddrossel kan ha olika induktiva reaktansvärden under det att uppfinningen fortfarande utövas. En styranord- ning 30 för högfrekvensström innefattar en omkopplare 32, som har ett pulsbreddmodulerat styrsystem 34, vilket arbetar med en hög frekvens. Vid den föredragna utföringsformen är det pulsbreddmodulerade styrsystemets 34 driftfrekvens 20 kHz, varvid bredden av de efter varandra följande strömpulserna bestäms av spänningen pà ledningen 36. När àterkupplingstyr- systemet kräver mera ström vid svetscykeln uppträder en högre spänning pà ledningen 36, vilket medför en bredare puls under den följande pulsen från breddmoduleringsstyrsystemet 34.

Sålunda ändras den begärda strömmen för svetscykeln 20 000 gånger varje sekund. Eftersom svetscykelns högsta hastighet är huvudsakligen i närheten av 100-400 cykler per sekund àstad- kommes manga nya pulser isvetsströmkretsen 20 vid varje svets- cykel. Med användning av en lag induktiv reaktans för huvud- drosseln 22 riktas den aktuella ström, som förorsakas genom driften av systemets 34 omkopplare 32, genom svetsstationen W mellan elektroden 16 och arbetsstycket 18. Sålunda förekommer noggrann följning av den önskade strömprofilen under den tota- la svetscykeln för system A. I enlighet med känd praxis inne- fattar strömkretsen 20 en förvarningskrets, som har en utgangsledning 40 för styrning av omkopplaren 42, som har ett parallellmotstand eller fördröjningsmotstànd 44. En frigàngs- diod 50 kompletterar standardkretsen med arbetsstation, inklu- derande huvuddrossel 22 och omkopplare 42.

Svetsströmkretsen 20 riktar ström till arbetsstationen W i enlighet med pulsbreddmoduleringsstyrsystemets 34 drift till dess dr/dt (där bàgen är elektrodmotstandet) di/dt eller dv/dt anger en uppkommande smältning under PINCH-cykeln. När denna detektering sker ändrar logiken pà ledningen 40 polaritet för att öppna omkopplaren 42. Detta bringar motståndet eller däm- paren 44 i serie med huvuddrosseln 22. Eftersom huvuddrosseln har en liten induktiv reaktans lagras mycket lite energi i svetsströmkretsen. Följakligen minskas omedelbart det ström- flöde, som astadkommes av kretsen 20 mellan elektroden och som bestäms av motståndet 44. arbetsstycket, till en nivá, Frigangsdioden 50 används under svetscykeln för att tillata 10 15 20 25 30 35 40 512 884 11 strömflöde genom omkopplaren 42 mellan pulser från styrenheten 30 med högfrekvent ström. Frigångsströmmen är relativt liten, eftersom dess storlek även bestäms av den obetydliga i huvud- drosseln 22 lagrade energin.

Enligt föreliggande uppfinning är till svetsströmkretsen 20 tillfogad en huvudsakligen parallell bakgrundsströmkrets 100, som innefattar en stor reaktanskickdrossel 110. I den åskådliggjorda utföringsformen är denna reaktans 0,05 H. Dros- seln 110 är parallellkopplad med drosseln 22 och befinner sig på den motsatta sidan av en relativt liten frigångsdiod 112 från ett strömbegränsande motstånd 114. Resistansen vid den föredragna utföringsformen av motståndet 114 är 10 ohm för åstadkommande av en ström av approximativt 5-7 A vid alla tid- punkter under driften av system A. Sålunda fortsätter bak- grundströmkretsen 100 att oberoende av svetsströmkretsens 20 drifttillstånd lämna 5-7 A över arbetsstationen. Pa detta sätt kan svetsströmkretsen 20 ha en ytterst liten drossel 22, så att strömmen från styrenheten 30 noggrannt följer den önskade profilen för strömmen under svetscykeln. Närhelst den lilla induktiva reaktansen hos huvuddrosseln 22 tenderar att tillåta strömmen över svetsstationen att minskas under bakgrundström- men 5-7 A så kan detta inte göras beroende på den parallella bakgrundsströmkretsen 100. Följaktligen stabiliseras bågen under cykelns bakgrundsdel. Bakgrundsdelen har en båge och refereras ibland till såsom en plasmadel hos den totala svets- cykeln, vilken är indelad i ett kort tillstånd och ett båg- tillstånd.

Enligt figurerna 4-7 åskådliggöra schematiskt driften av den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning.

Fig. 4 visar en önskad strömprofil CP för en given svetscykel för åstadkommande av lite sprut. Denna profil är delad i en PINCH-del, en PLASMA-BOOST-del, en PLASMA-del samt en bak- grundsdel, varvid bågen E skall bibehàllas. I den aktuella profilen CP, som åskådliggörs i fig. 4 innefattar PINCH-delen 200 en brytpunkt 204 och en förvarningskretsdrivande punkt 204. Denna del av strömprofilen är åskádliggjord närmare i detalj i fig. 5. Tidigare åstadkom en höginduktansdrossel i svetskretsen 20 en eftersläpande profil, som visas med den streckade linjen 210. När, sålunda, förvarningspunkten 204 uppnåddes minskade strömmen till bakgrundsnivan vid en tid- 10 15 20 25 30 35 40 512 884 12 punkt, som är angiven att vara TP. Enligt föreliggande uppfinning minskas väsentligt denna tidsfördröjning från förvarningspunkten 204 till dess strömmen avtar till bakgrundsnivån. Detta gäller pga huvuddrosselns 22 låga induktiva reaktans. Denna figur åskådliggör schematiskt en fördel, som erhålles med användning av föreliggande uppfinning. Om bakgrundströmmen vid botten av åtsnörningskurvan 200 tenderar att vara mindre än bakgrunds- strömmen hos kretsen 100 så bibehåller denna krets 100 den lägre strömnivàn. Detta är den bakgrundsstyrda strömmen.

Strömprofilens CP PLASMA-BOOST-del 220 är åskàdligjord i fig. 4 och innefattar en strömavklingande del 222, vilken refereras till såsom PLASMA-delen. Såsom är känt är PLASMA-BOOST-delen, vilken är kritisk för driften av sprutstyrsystemet, den kons- tanta strömdelen före avklingningen men avklingningsdelen 222 kan refereras till såsom slutet av PLASMA-BOOST-delen eller början av PLASMA-delen. Efter denna avkligningsdel 222 växlar systemet A till bakgrundsnivån 224. Denna bakgrundsnivå bibe- håller plasmat eller bågen och kan styras av styrenheten 30 för högfrekvent ström. Strömvärdet vid nivån 224 kan ligga över eller nära den av kretsen 100 skapade bakgrundsström- nivån. Kretsen 100 bibehåller i enlighet med föreliggande upp- finning en i förväg vald väsentligen känd bakgrundsström, un- der vilken strömflödet genom arbetsstationen W inte kan sjun- ka. Oberoende av vad den ström, som åstadkommas av den hög- frekventa styrenheten 30, kan vara så minskar strömmen genom arbetsstationen sålunda inte under det bibehållna strömvärdet från kretsen 100. PLASMA-BOOST- och PLASMA-delarna är åskåd- liggjorda i fig. 6, där de streckade linjerna 225 något sche- matiskt åskådliggör vad som skulle kunna inträffa med en hög induktans för drosseln 22. Som framgår bibehålls strömprofi- lens CP profil generellt inte. Genom att minska den induktiva reaktansen till den extremt låga nivån, såsom görs i enlighet med föreliggande uppfinning, följs profilen CP. Såsom visas i fig. 7 kan emellertid denna låga induktans väsentligt öka pul- seringsfaktorn, speciellt vid låga strömnivåer. Detta är åskådliggjort såsom pulsering 230. Såsom framgår skulle denna pulsering eventuellt kunna minskas under den stationära ström- men IB. Genom att bibehålla denna bakgrundsstremnivå, som är vald för att bibehålla bågen E, oberoende av pulseringseffek- 10 15 20 25 30 35 40 512-884 13 ten från effektkällan 10, bibehålls bakgrundsströmmen från kretsen 110. Detta åstadkommes med användning av en höginduk- tiv reaktanskickdrossel 110 samt ett strömbegränsande motstånd 115. Med det låga värdet för drosseln 22, vilket tillåter nog- grann följning av strömprofilen CP, bibehåller sålunda bak- grundsströmkretsen 110 bågen. Denna förbättring av den paral- lella bakgrundsströmkretsen 100 tillåter omedelbar minskning av strömmen vid förvarningspunkten 204 och bibehåller stralen även vid variationer i strömflöde genom svetsströmkretsen 20.

Ett detaljerat kopplingsschema för den föredragna utfö- ringsformen av uppfinningen är åskådliggjort i fig. 2, varvid samma siffror som används i fig. 1 används för likadana kompo- nenter. Vid normal svetsning flyter ström i enlighet med standardprinciper och i den bana, som är angiven med de strec- kade pilarna i fig. 2. När strömmen över arbetsstationen W minskar under bakgrundsströmmen IB är bakgrundsströmmen till- gänglig via den stora induktansspolen 110 och i den i fig. 2 visade streckade banan. När förvarningsomkopplaren 42 öppnas finns det en tendens till att den i drosseln 110 tillgängliga höga energin pumpar ström i motsatt riktning genom de normala antiparallella dioderna 250, 252 hos respektive omkopplare 42, 32. För att hindra denna verkan är en mättande feritdrossel 260 anordnad. Denna drossel har en feritkärna, som mättar vid en väsentligt större ström än bakgrundströmmen IB men gene- rellt under strömprofilens CP ström. I praktiken är mättnings- punkten approximativt 30 A och nivån 224 är cirka 50 A. Under svetsoperationen ligger svetströmmen normalt över cirka 35 A.

Vid den föredragna utföringformen är profilens CP ström cirka 50 A. Drosselns 260 kärna är mättad vid normal drift av svets- cykeln för åstadkommande av en låg induktiv reaktans. Vid vär- den väsentligt under 30 A, såsom vid 5-7 A från krets 100, är drosselns 260 kärna inte mättad. Sålunda finns det en hög im- pedans vid denna drossel under drift av endast kickdrosseln.

Detta förhindrar tillbakaströmmning av ström genom dioderna 250, 252, när svetskretsen är desaktiverad. Under den statio- nära strömmen från drosseln 110 flyter strömmen sålunda inte från denna kickdrossel tillbaka till effektkällan. En modifi- kation av denna princip är åskàdligjord i fig. 3, där mätt- ningsdrosseln 260 är ersatt med en diod 270. Denna diod för- hindrar strömflöde från kickdrosseln 110 till effektkällan. 10 15 20 25 30 35 40 512 884 14 Genom att utnyttja föreliggande uppfinning kan profilen CP följas noggrannt. Varje tendens till att utsläcka bågen kommer att skapa en hög spänning i närheten av 70 V mellan elektroden och arbetsstycket, vilken höga spänning tillsammans med den tillgängliga strömmen från kickdrosseln kommer att bibehålla bågen E. Denna princip ger noggrann strömföljning för hela cykeln. Om bakgrundsdelen innan åtsnörningspulsen är i närheten av mindre än cirka S0 A finns det möjlighet till en pulsering, som kommer att minska den tillgängliga strömmen till ett värde, som kommer att utsläcka bågen. Ytterligare har detta förhindrats genom användning av en separat effektkälla.

Enligt föreliggande uppfinning bibehålls genom användning av en drossel 110 med hög reaktans i en parallellkrets alltid cirka 5,0-7,0 A av svetströmmen under svetsoperationen, så att denna ström är tillgänglig för att samverka med det väsentliga spänningsfallet över elektroden och arbetsstycket för att all- tid bibehålla bågen, utom under svetsoperationens kortslut- ningstillstånd. Närhelst bågen E tenderar att brytas ökar spänningen och en väsentlig spänningsmängd är tillgänglig för att bibehålla bågen. Sålunda inses genom uppfinningen det för- hållandet, att bågen inte behöver ha en exremt hög bakgrunds- ström om spänningen är hög över elektroden vid punkten för Sålunda kan en högenergidrossel, som ger en bågbrytningen. bestämd bakgrundsström, bibehålla bågens stabilitet. Eftersom denna bakgrundsström är relativt liten, i närheten av 5-10 A och företrädesvis i närheten av 6-7 A, finns det inget behov av att ha en reglerad strömkälla. Det finns alltid en bak- grundsström, som flyter antingen genom bågen eller genom kort- slutningen under PINCH-delen av svetscykeln. Enligt uppfinnin- gen är den första drosselns (Li) reaktans väsentligt mindre än den hos kickdrosseln (L2>. Vid den åskådliggjorda utförings- formen är reaktansen hos drosseln L1 7,0 pH. Kickdrosselns L2 reaktans är 0,05 H. Denna skillnad är av storleksordningen väsentligt mer än 1 000 gånger kickdrosselns induktans rela- tivt den för den normala svetsdrosseln. Bakgrundsströmmen är mindre än cirka 10 A. Sålunda kan plasmaströmmen, som kan upp- gå till approximativt 50 A, vara tillgänglig för att bibehålla bagen såvida inte strömmen av något skäl minskar under bak- grundsströmnivån. Naturligtvis skulle bakgrundströmnivån 224 för profilen CP kunna vara i närheten av 20 A. Den föredragna ,512 884 15 bakgrundsströmmen är 5-7 A. Den är mer än cirka 5 ampere och mindre än cirka 10 ampere. Styrfrekvensen är företrädesvis 20 kHz. Enligt uppfinningen är frekvensen större än cirka 10 kHz.

Detta ger manga strömpulser vid varje strömprofil CP för bibe- hållande av noggrann styrning av profilen. Drosselns 260 mätt- ningsström kan ligga inom det allmänna omradet 20-30 A i det föredragna exemplet.

Claims (21)

10 15 20 25 30 512 884 16 Patentkrav

1. Kortslutande bågsvetssystem (A), vilket innefattar en arbetsstation (W) med en förbrukbar elektrod ( 16) och ett arbetsstycke (18), en likströmseffektkälla (10) med en positiv och en negativ utgångsklärnrna (12, 14), högfrekvensströmstyrorgan (30) för att påföra en svetsström med en given tidsbaserad profil över arbetsstationen (W), under det att elektroden (16) är kortsluten och på avstånd från arbetsstycket (18), ett svetsströmkretsorgan (20), vilket innefattar ett första organ för att åstadkomma en första induktiv reaktans i serie med nämnda strömstyrorgan (30) och nämnda arbetsstation (W), varigenom svetsströmmen följer den tids- baserade profilen i överensstämmelse med nämnda första induktiva reaktans, k ä n n e t e c k n at av att det dessutom innefattar ett bakgrundsströmkretsorgan (100), som är anordnat mellan effektkällan (10) och arbetsstationen (W) och parallellt med strömstyror- ganet (30) och nämnda första organ (22), för att kontinuerligt påföra en bakgrundsström över arbetsstationen (W), varvid bakgrundsströmkretsorganet (100) innefattar ett andra organ (1 1) för att åstadkomma en andra induktiv reaktans, som är väsentligt större än den första indukti- va reaktansen, och ett motståndsorgan (114) för att styra bakgrundströmmen, som flyter kon- tinuerligt från effektkällan (10) till arbetsstationen (W) genom bakgrundsströmkretsorganet (100). lx)

2. . System enligt krav 1, varvid det första organet (22) är en första drossel.

3. . System enligt kravet 2, varvid det andra organet (110) är en andra drossel. b)

4. System enligt något av kraven 1-3, varvid induktansen för den andra induktiva reaktansen är mer än 1000 gånger induktansen för den första induktiva reaktansen.

5. System enligt något av kraven 1-4, van/id motståndsorganet (114) innefattar ett motstånd för att begränsa bakgrundsströmmen till mindre än cirka 10 A.

6. System enligt kravet 5, varvid motståndsorganet (1 14) innefattar ett motstånd för att begränsa bakgrundsströmmen till mer än cirka 5 A.

7. System enligt kravet 5, varvid motståndsorganet (1 14) innefattar ett motstånd för att begränsa bakgrundsströmmen till det allmänna området 5-7 A.

8. ' 8. System enligt något av kraven 1-7, varvid strömstyrorganet (30) är ett omkopp- larorgan (3 2) med ett ledande tillstånd och ett icke ledande tillstånd, varvid organ (34) är an- ordnade att omkoppla omkopplarorganet mellan nämnda tillstånd med en hög frekvens för att rikta många strömpulser från effektkällan (10) till arbetsstationen (W), under det att elektro- den (16) är kortsluten, och/eller for att rikta många strömpulser från effektkällan (10) till ar- betsstationen (W), under det att elektroden (16) är på avstånd från arbetsstycket. O:\MKL\DOK\word-dok\P32013SE-pLB .doc 10 15 20 25 30 512 884 17

9. System enligt kravet 8, varvid nämnda höga frekvens är en frekvens, som är större än 10 kHz

10. System enligt kravet 8 eller 9, vilket innefattar organ för att justera längden av nämnda strömpulser för att följa den tidsbaserade profilen.

11. System enligt något av kraven 1-10, vilket innefattar förvarningsorgan (40, 42, 44)) för att detektera att en brytning förestår i en kortslutningskrets mellan elektroden (16) och arbetsstycket (18) samt organ för att bortkoppla nämnda första organ (22) från arbetssta tionen (W) såsom svar på detekteringen, varigenom endast nämnda bakgrundsströmkretsor- gan (100) ger ström till arbetsstationen (W) när kortslutningskretsen är bruten.

12. System enligt kravet 11, varvid nämnda bakgrundsströmkretsorgan ( 100) och nämnda svetsströmkretsorgan (20) är förenade vid en knutpunkt före elektroden (16) och ett strömflödesstyrorgan (260; 270) i svetsströmkretsorganet (20) för att förhindra att bak- grundsström passerar i motsatt riktning genom svetsströmkretsorganet (20), under det att nämnda första organ (22) är bortkopplat från arbetsstationen.

13. System enligt kravet 12, varvid nämnda strömflödesstyrorgan är en diod (270).

14. System enligt kravet 11 eller 12, varvid nämnda strömflödesstyrorgan är en mätt- ningsdrossel (260), som är anordnad mellan bortkopplingsorganet och nämnda förbindel- sepunkt, van/id mättningsdrosseln (260) har en mättningsström, som är väsentligt större än bakgrundsströmmen och generellt mindre än svetsströmmen.

15. System enligt något av kraven 1 1-14, varvid mättningsströmmen ligger inom området 20-30 A.

16. Förfarande vid kortslutande bågsvetsning, innefattande följande steg: (a) att åstadkomma en arbetsstation (W) med en förbrukbar elektrod (16) och arbets- stycke (1 8); (b) att åstadkomma en likströmseffektkälla (10) med en positiv och en negativ ut- gångsklämma (12 resp. 14); (c) att påföra en svetsström med en given tidsbaserad profil över arbetsstationen (W), under det att elektroden (16) är kortsluten och på avstånd från arbetsstycket (18); (d) att åstadkomma en första induktiv reaktans i serie med strömstyrorgan och ar- betsstationen (W), varigenom svetsströmrnen följer den tidsbaserade profilen i öxerciisstäiii- melse med nämnda första induktiva reaktans; (e) att kontinuerligt påföra en bakgrundsström över arbetsstationen (W); (f) att åstadkomma en andra induktiv reaktans, som är väsentligt större än den första induktiva reaktansen, för att driva bakgrundsströmmen över arbetsstationen (W); O:\MKL\DOK\word-dok\P32013SE-pLB .doc 10 15 20 512 884 1% (g) att styra den bakgrundsström, som kontinuerligt flyter från effektkällan (10) till arbetsstationen (W) genom nämnda andra induktiva reaktans till ett värde inom området 5-10 A.

17. Förfarande enligt kravet 16, varvid den andra induktiva reaktansens induktans är mer än 1000 gånger induktansen för nämnda första induktiva reaktans.

18. Förfarande enligt kravet 16, vilket innefattar följande ytterligare steg: (h) att detektera en brytning förestående i en kortslutningskrets mellan elektroden (16) och arbetsstycket (W), samt (i) att bortkoppla den första induktiva reaktansen från arbetsstationen (W) såsom svar på nämnda detektering, varigenom endast bakgrundsströmmen åstadkommer ström till arbets- stationen (W) när kortslutningskretsen är bruten.

19. Förfarande enligt krav 18, vilket innefattar följande ytterligare steg: (i) att hindra bakgrundsström från att flyta i en motsatt riktning genom den första induktiva reaktansen, under det att den första induktiva reaktansen är bortkopplad från arbets- stationen (W).

20. Förfarande enligt kravet 19, varvid nämnda strömflödesförhindrande steg utföres av en mättningsdrossel (26), som är anordnad mellan nämnda organ för att utföra bortkopp- lingssteget vid arbetsstatíonen (W), varvid mättningsdrosseln (260 ) har en mättningsström, som är väsentligt större än nämnda bakgrundsström och väsentligt mindre än svetsströmmen.

21. Förfarande enligt kravet 20, varvid mättningsströmmen ligger inom område 20- O:\MKL\DOK\word-dok\l>3201 3SE«pLB.doc