WO2006089322A1 - Verfahren zum steuern und/oder regeln eines schweissgerätes und schweissgerät - Google Patents

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WO2006089322A1
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welding
current
polarity
welding current
workpiece
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PCT/AT2006/000066
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Josef Artelsmair
Gerald Bart
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Fronius International Gmbh
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    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling and / or regulating a welding device or a welding current source, with a consumable electrode or a welding wire, wherein after ignition of an arc, a cold metal transfer (CoId Metal Transfer CMT) welding process is performed in that the welding wire is conveyed to the workpiece in contact with the workpiece, then, after a short circuit has occurred, during a short circuit phase, the wire conveying direction is reversed and the welding wire is moved away from the workpiece until the short circuit breaks, the current flowing through the wire Welding current and / or the welding voltage is controlled such that during an arc phase, a fusion of the welding wire, so a drop formation takes place.
  • a cold metal transfer (CoId Metal Transfer CMT) welding process is performed in that the welding wire is conveyed to the workpiece in contact with the workpiece, then, after a short circuit has occurred, during a short circuit phase, the wire conveying direction is reversed and the welding wire is moved away from the workpiece until the short circuit breaks
  • the invention relates to a welding device with a welding power source, a control device and a welding torch, further comprising an input and / or output device and / or a remote controller for setting the different welding parameters and for setting or selecting at least one parameter for the heat balance or the heat input in the workpiece to be machined.
  • a method for controlling a welding current source in which the waveform of the welding current has at least one arc or ARC component and one short-circuit component.
  • a short circuit phase is initiated by advancing the welding wire to contact the workpiece and initiating an arc phase by retracting the welding wire.
  • the short circuit portion of the welding current is applied during the short circuit phase before the welding wire is lifted off the workpiece to form an arc.
  • the short-circuit component has the maximum current in one period of the welding current, so that in the short-circuit phase, a high current flows over the welding wire and the workpiece.
  • the lower amount of ARC of the welding current is applied when the electrode is withdrawn to form the arc. It is therefore the waveform of the welding current coordinates with the retracting movement of the welding wire, the waveform of the welding current having several different phases.
  • a prior art welding power source is further known from EP 1 384 547 A2.
  • a method and a device for conveying a welding wire are known from EP 1 384 548 A1.
  • a wire conveying device is known from EP 1 384 549 A2.
  • the object of the present invention is to provide a method for controlling and / or regulating a welding process or a welding power source, which allows more diverse possibilities for controlling the heat input into the workpiece or the introduction of additional material and with expanded the scope of the welding process or a welding device and the welding process can be made more flexible.
  • the heat energy generated during the welding process is to be reduced
  • Another object is to provide an above-mentioned welding apparatus, with which the heat input into the workpiece or the introduction of filler material allows in a flexible manner and thereby the scope can be extended.
  • the object of the invention is achieved in terms of the method in that during at least some short-circuit phases of the welding process, the polarity of the welding current I and / or the welding voltage U is set to a defined value, so that a melting of the welding wire or a shorting bridge prevented, however, a safe Wiederzündung of the arc when lifting the welding wire from the workpiece is made possible by the arc is ignited only by the welding current I and / or the welding voltage U Hilfsbonds- sources l ⁇ s at the end of the short-circuit phase or at the beginning of the arc phase.
  • the advantage here is that the heat input into the workpiece to be welded and / or the amount of filler metal to be introduced into the molten bath can be controlled by changing the polarity of the welding current I, in particular at a constant welding current.
  • the heat input can, if necessary, be reduced to a minimum, so that workpieces with low wall thickness, such as thin sheets, and / or low-melting materials or metal alloys, such as aluminum, can be welded or soldered. This is possible by the substantially currentless workpiece transition of the filler, which takes place at the time of reversal of the current.
  • Another advantage is that the polarity reversal of the current flow is coordinated with the movement of the welding wire.
  • the welding current is reversed during the short circuit, so when contact of the welding wire with the workpiece, whereby no additional auxiliary power source for re-ignition of the arc is required, as would be necessary in a Umpolvorgang during an arc burning phase.
  • This is possible insofar as there is no protective gas column to be ionized, ie no arc, in the short circuit, the arc, when the welding wire is lifted off, ignited by the welding current set or limited to a defined level by the special waveform of the welding current or welding voltage becomes.
  • a safe drop formation is achieved by melting the welding wire. Furthermore, the melting volume of the additional material - ie the droplet size - can advantageously be determined as needed via the current intensity applied in the arc phase.
  • Another advantage is the measure according to claim 3, since thereby the amount of filler material for the drop formation can also be influenced. For example, with larger current during the short-circuit phase in the subsequent arc-burning phase, a larger molten droplet is formed at the same arc current, whereby a larger amount of filler material can be introduced into the molten bath in the subsequent short-circuit phase. This effect is particularly pronounced for filler materials with high resistivity.
  • the measure according to claim 8 is advantageous because the regulation of the welding process can be additionally made flexible by an irregular reversal of the welding current and the adaptability of the welding process can be improved in case of random or only occasional disturbances or external influences in the welding process.
  • the control device can define a reversal of polarity of the welding current as needed, if the currently detected setpoint values for the welding process are not adhered to.
  • the measure reproduced in claim 9 advantageously achieves an automated and individual parameterization of a welding process.
  • the measures according to claim 11 are advantageous, since thereby also an external control of the polarity reversal of the welding current is possible.
  • the measures according to claim 12 are also advantageous, since different preset values for the speed of the wire feed and the process parameters determined by the latter, such as the melting rate of the filler material, can be set or determined by the control device, whereby an essential Improved process stability is achieved and the welding process can be performed variable.
  • the measures according to claim 15 and 16 are advantageous, since thereby an improved Spaltüberbrückiana and / or an improved penetration is achieved f which in particular tolerances in the workpieces to be welded can be compensated.
  • the object of the invention is also achieved by an above-mentioned welding device, wherein the input and / or output device and / or the remote controller is associated with a control means for determining the times of a change in the polarity of the welding current I and / or the welding voltage U as a function the at least one set or selected parameter for the heat balance or the heat input is formed.
  • the advantage here is that the introduction of thermal energy or filler material by determining the polarity of the welding current depending on the time is very accurately and very individually dependent on the present welding by the control means designed as described. Further advantages to the setting-dependent change of the polarity of the welding current are given in the preceding and following description.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a welding machine or a welding device
  • Fig. 2 shows the time courses of the welding voltage, the welding current and a movement graph for the welding wire during an example of a welding process according to the invention
  • FIG. 3 shows the time course of the welding current and the movement diagram for the welding wire during a second example of a welding process according to the invention
  • FIG. 4 shows the time course of the welding current and the movement diagram for the welding wire during a third example of a welding process according to the invention
  • FIG. 5 shows the time course of the welding current and the movement diagram for the welding wire during a fourth example of a welding process according to the invention
  • Fig. 6 shows the time course of the welding current, theorientsdiagrairan for the welding wire and the schematic time course of a control signal for the feed rate of the welding wire with reference to a fifth example of a welding process according to the invention.
  • Fig. 1 is a welding device 1 and a welding system for a variety of processes or processes with consumable welding electrode, in particular a welding wire or filler material, such. MIG / MAG welding or electrode welding, double wire / tandem welding or brazing, etc. shown.
  • the welding device 1 comprises a current source 2 with a power part 3, a control device 4 and a switching element 5 assigned to the power part 3 or the control device 4.
  • the switching element 5 or the control device 4 is connected to a control valve 6 which is located in a supply line 7 for a gas 8, in particular a protective gas, such as CO 2 , helium or argon and the like. , is arranged between a gas storage 9 and a welding torch 10 and a burner.
  • a wire feed device 11 which is customary in particular for MIG / MAG welding, are controlled, via a supply line 12th a filler material or a welding wire 13 is fed from a supply drum 14 or a wire reel into the region of the welding torch 10.
  • the wire feeder 11 as is known from the prior art, in the welding device 1, in particular in the base housing, integrated and not, as shown in Fig. 1, is designed as an accessory.
  • the wire feeder 11 may supply the welding wire 13 or the additional material outside the welding torch 10 to the processing station.
  • the wire feeder 11 may have different drive units, wherein a drive unit may be arranged, for example, in the region of the welding wire outlet, in particular in the welding torch 10, or the welding point on the workpiece, and a further drive unit may be arranged in the region of the storage drum 14.
  • a wire buffer may be provided between the drive units, which optionally accommodates a variable length section of the welding wire 13, in particular when the welding wire 13 is to be returned.
  • the welding current for constructing an arc 15, in particular a working arc, between the electrode and a workpiece 16 is supplied via a welding line 17 from the power section 3 of the power source 2 to the burner 10, in particular the electrode, wherein the workpiece 16 to be welded, which in particular is formed over a further welding line 18 also with the welding device 1, in particular with the power source 2, and thus can be constructed via the arc 15 for a welding process, a circuit.
  • the welding torch 10 can be connected via a cooling circuit 20 to a liquid container, in particular a water tank 21, whereby during commissioning of the welding torch 10 the cooling circuit 19, in particular a liquid arranged in the water tank 21 used liquid pump is started, and thus a cooling of the welding torch 10 can be effected.
  • the welding device 1 may further comprise an input and / or output device 22, via which the most varied welding parameters, operating modes or welding programs of the welding device 1 can be set or called up. In this case, the welding parameters, operating modes or welding programs set via the input and / or output device 22 are forwarded to the control device 4 and the individual components of the welding system or of the welding device 1 are subsequently controlled or corresponding setpoint values for the control or regulation specified.
  • the welding torch 10 is connected via a hose package 23 to the welding device 1 or the welding system.
  • the individual lines from the welding device 1 to the welding torch 10 are arranged.
  • the hose package 23 is connected via a coupling device 24 to the welding torch 10, whereas the individual lines in the hose package 23 are connected to the individual contacts of the welding device 1 via connection sockets or plug connections. So that a corresponding strain relief of the hose assembly 23 is ensured, the hose package 23 is connected via a strain relief device 25 with a housing 26, in particular with the base housing of the welding device 1.
  • the coupling device 24 can also be used for the connection to the welding device 1.
  • the welding torch 10 it should be mentioned that not all of the previously named components have to be used or used for the different welding methods or welding devices 1, such as MIG / MAG devices.
  • the welding torch 10 it is also possible for the welding torch 10 to be designed as an air-cooled welding torch 10.
  • Diagram 27 shows the time course of the welding voltage U
  • diagram 28 shows the time course of the welding current I
  • diagram 29 shows the movements of the outlet side
  • the curves show a method for controlling and / or regulating the welding device 1 or the welding current source 2, with a consumable electrode or the welding wire 13.
  • the melting of the workpiece 16 and of the welding wire 13 takes place via the -ioninstrumente plasma column or the arc 15, which is constructed between the welding wire 13 and the electrical opposite pole on the workpiece 16.
  • the ignition of the arc 15 can be carried out by any method, for example in the manner of the prior art Lift-Are principle in which during an ignition phase 31 an open circuit voltage is applied to the welding wire 13, then the welding wire 13 to the contact of the workpiece 16 is moved forward, whereupon the resulting short circuit is broken during a short circuit phase by reversing the conveying direction of the welding wire 13 and over the path of the return conveyance of the welding wire 13 an arc is established until a renewed reversal of the wire conveying direction, so that the welding wire 13 is again moved in the direction of the workpiece 16.
  • the current I is limited in the ignition phase 31 in one or more stage (s) such that melting of the welding wire 13 can not take place.
  • the first ignition of the electric arc 15 can take place via a high-frequency voltage signal, a so-called high-frequency ignition.
  • This short process phase 31 b with high energy input stabilizes the electric arc 15.
  • the welding wire 13 is heated by the ignition process, and thereby the subsequent welding process can start with the preheated welding wire 13, thereby substantially improving the welding quality.
  • the actual welding process wherein according to the invention a KaIt-metal-transfer (CMT) welding process is performed.
  • CMT KaIt-metal-transfer
  • the welding wire 13 is conveyed toward the workpiece 16 until it comes into contact with the workpiece 16, whereupon, after the formation of a short circuit at the time 32, the short-circuit phase 33 occurs, in which the wire conveying direction is reversed.
  • the welding wire 13 becomes in the short-circuit phase 33 to for breaking the short circuit, ie the formation of the arc 15, and / or a defined distance 34 and / or a defined period of time away from the workpiece 16, whereupon at time 35, the process phase referred to herein as the arc phase 36 occurs.
  • the welding wire 13 is melted, so that drop formation takes place at the welding wire end.
  • the direction of movement of the welding wire 13 is again reversed at a top dead center 37, whereupon the welding wire 13 is moved in the direction of the workpiece 16.
  • the welding current I and / or the welding voltage U is controlled in the arc phase 36 in such a way that fusion of the welding wire 13, ie droplet formation, takes place, but no melting of the welding wire 13 takes place.
  • the welding wire 13 performs an oscillating motion during the welding process.
  • the wire feeder 11 is substantially clocked so that a negative signal or a backward promotion of the welding wire 13 in the short-circuit phase 33 is carried out in which an arc 15 is constructed, and a positive signal or a forward conveying of the welding wire 13 in the direction of the workpiece 16th takes place in the arc phase 36, in which the heating or melting of the welding wire 13 takes place for droplet formation (see diagram 30 in FIG. 6).
  • the timing of the direction of movement of the welding wire 13, however, does not necessarily correlate with the appearance of the arc phase 36 or the short-circuit phase 33, since the arc phase 36 can already take place during a backward movement of the S ⁇ h whodrahtes 13 by a targeted energy input via the regulation of the current level in the welding circuit. That is, even with an existing arc 15, the welding wire 13 can continue to be moved away from the workpiece 16 until a defined time or distance.
  • the control of the wire feed device 11 takes place with an oscillation frequency of the welding wire 13 from 30 to 100 Hz, in particular about 50 to 70 Hz.
  • the short-circuiting phase 33 is initiated, whereby the drop detachment is favored by the backward movement of the welding wire 13.
  • an increase, in particular a pulse-like increase of the welding current I in the short-circuit phase 33 can be carried out.
  • the short-circuit phase 33 and the arc phase 36 alternate periodically in the exemplary embodiment shown.
  • the polarity of the current flow in particular of the current I and the voltage U, is reversed, whereby a defined amplitude for the current I is set a melting of the welding wire 13 and a short-circuiting bridge is prevented, however, a re-ignition of the arc 15 when lifting the welding wire 13 from the workpiece 16 is done safely.
  • the welding current I has a waveform or a pulse sequence with a periodically alternating polarity, the polarity changing during the regular welding process with each half-cycle 40, 41 of the welding current I.
  • the time of the period I of the current I with positive Polarity and the time of the period 41 of the negative polarity current I substantially coincide.
  • the welding current I may have an at least temporarily aperiodically alternating polarity.
  • the time portions 40, 41 of the current I with positive and negative polarity over a certain period of time are different, as described in detail in the course of FIG. 5 below.
  • the voltage U or the current I are raised when the time 32 is exceeded to a first level, which ensures a safe reignition of the arc 15.
  • this level may be set as a work level that is kept constant throughout the short circuit phase 33 and the arc phase 36.
  • a positive or negative period or period portion of the welding current I preferably has a first component, the base current 38, and at least one further component, the working current 39, as can be seen from the diagram.
  • the base current 38 and the working current 39 is constant.
  • the base current 38 or the working current 39 can also change over time. In particular, the base current 38 may increase over time and / or the operating current 39 may decrease over time.
  • the base flow 38 is preferably relatively small compared to the working flow 39, wherein the working flow 39 can be, for example, 1.5 to 10 times, in particular 4 to 8 times, higher than the base flow 38.
  • the base current 38 can be, for example, 5 A to 50 A, in particular approximately 10 to 30 A, and the operating current 39 can be, for example, 50 A to 500 A.
  • a first polarity which is hereinafter referred to as a positive portion of the welding current I and registered in the figures as a positive period 40
  • alternating or changed polarity hereinafter referred to as the negative portion of the welding current I and which is registered in the figures as a negative period 41 of the welding current I.
  • This negative share of Welding current I allows a variety of control options for the welding process by the positive and negative proportions of the welding current I alternately angegliv.
  • the negative portion of the welding current I forms an additional influencing variable in the welding process, so that the power budget can be determined very accurately and application-specifically when the characteristics and duration of contact of the positive and negative polarities of the welding current I on the workpiece 16 and of the welding wire 13 are determined appropriately can be.
  • This control of the electrical energy supply is carried out by the control device 4.
  • the required polarity change of the welding current I the temperature of the heat affected zone on the workpiece 16 is substantially reduced compared to a welding process with constant polarity. This is achieved on the one hand by the ideally currentless transfer of the filler material at the time 32, whereby a cooling of the heat-affected parts, in particular the molten bath and the additional material, can take place at the time of droplet removal.
  • the heat input in the present welding process can be reduced in an advantageous manner, since in the negative poled arc phase 36, a reduction of the welding current I is carried out at a constant Abschmelzvolumen.
  • a positive period 40 which includes a short-circuit phase 33 and an arc phase 36
  • a negative period 41 which also includes a short-circuit phase 33 and an arc phase 36, which follow each other periodically in this order.
  • the welding current I in the arc phase 36 is changed, in particular increased, whereby the drop formation or the melting of the welding wire 13 is achieved.
  • the welding current I in the arc phase 36 is preferably increased from the base current 38, which is present in the short-circuit phase 33, to the operating current 39 mentioned above.
  • the welding current I is preferably lowered to a low value before the short-circuit phase 33, as shown schematically, or reduced to zero in order to obtain a minimum of arc pressure with decreasing ⁇ distance between electrode or welding wire 13 and workpiece 16.
  • a spatter-free transition from the arc phase 36 into the short-circuit phase 33 is made possible.
  • FIG. 3 shows a further variant of the method in which the welding current I in the short-circuit phase 33 is changed over time.
  • Diagram 28 shows the time profile of the welding current I and diagram 29 the time course of the movements or positions of the welding wire 13.
  • the representation of the time profile of the welding voltage U is subsequently omitted, as they may have variable or different waveforms so that the waveform of the welding current I shown in diagram 29 is ensured.
  • the base current 38 applied in the short-circuit phase 33 is, for example, increased steadily from the point in time 32, as a result of which the welding wire 13 in the short-circuit phase 33 is already considerably preheated or, if necessary, melted.
  • the melting rate of the filler material can thus be increased.
  • a wider gap between the connecting parts of the workpiece 16 are filled with filler material and bridged, which is particularly advantageous for connecting two parts via butt welds with large or irregular gap width.
  • the increase of the welding current I in the short-circuit phase 33 can be continuous (solid lines), for example after a ramp function, or stepwise (dashed lines).
  • the feed rate of the welding wire 13 can be set to a predefined constant value during variable process phases or variably readjusted.
  • the feed rate may be dependent on different process parameters, wherein the control of the wire feed device 11 is preferably carried out automatically by the control device 4.
  • the higher the welding current I in the short-circuit phase 33 or the arc phase 36 the higher the wire feed speed.
  • the wire feed speed is preferably adjusted accordingly, so that the predetermined values predetermined at the current source 2 or control device 4 can be maintained.
  • FIG. 4 illustrates a further variant of the method.
  • the switching of the polarity of the welding current I takes place only in some short-circuit phases 33 of a welding process, preferably after a predetermined number of short-circuit phases 33 and arc phases 36 with the same polarity of the welding current I.
  • a short-circuit phase 33 and an arc phase 36 form a period 40.
  • the welding current I remains the same polarity over two successive periods 40, followed by a change in the polarity of the welding current I.
  • the polarity of the welding current I is again switched over again after a predefined number of periods 40.
  • the number of positive periods 40 and negative periods 41 during the welding process essentially coincides in relation.
  • a further variant of the method is shown in which the switching of the polarity of the welding current I after a number of periods 40 defined by the control device 4.
  • the number of positive periods 40 does not coincide with the number of negative periods 41, it prevails during a welding process in ratio, for example, the positive periods 40.
  • the negative period 41 intervenes in the extent in the welding process, as by the negative pole on the welding wire thirteenth or less heat is introduced into the workpiece 16 and a reduction of the thermal energy takes place at the influenced element.
  • the heat balance can be decisively influenced by the negative period 41.
  • the waveform of the negative period 41 may correspond to the inverted, positive period 40, or it is the welding current I during the negative period 41 in the waveform and / or changed in magnitude, in particular lower or higher than during the positive period 40.
  • the welding current I are selected to be smaller at a constant melting rate of the welding wire 13, which due to the lower welding current I less heat energy is introduced into the workpiece 16.
  • the polarity change of the welding current I is determined irregularly or as required by the control device 4. If, for example, an excessively high melting volume of the welding wire 13 occurs or the heat input into the workpiece 16 is too high, this can be detected by the control device 4 via corresponding sensors in a control loop, whereupon the polarity of the welding current I is switched to lower the temperature becomes.
  • a period 40; 41 of the welding current I with respect to the differently polarized period 41; 40 has a shorter or longer period.
  • the period of the positive period 40 is shorter than the period of the negative period 41.
  • the heat energy generated during the positive period 40 is equalized to the thermal energy generated during the negative period 41, thereby contributing a constant consumptive volume to the welding wire 13 changing polarity of the welding current I can be achieved.
  • the Welding current I changed during the negative period 41 against the current I during the positive period 40 in particular increased, so that the fluctuations of the heat input can be compensated for different polarities of the welding current I.
  • FIG. 6 shows a further variant of the method.
  • the polarity of the welding current I is changed at least twice during a period 40, 41.
  • the first switching of the polarity of the welding current I in the short-circuit phase 33 and the second switching of the polarity of the welding current I takes place in the arc phase 36.
  • the negative polarity of the welding current I is applied to the welding wire 13 , wherein at time 35, the polarity of the welding current I changes and in the arc phase 36, the positive polarity of the welding current I is applied to the welding wire.
  • Such a procedure is advantageous because in the short-circuit phase 33, a lower heat energy at the welding wire 13 is formed and in the arc phase 36 by positive polarity of the welding wire 13, a high Abschmelzrate the filler material and by the negative polarity of the workpiece 16 low heat input can be achieved in this , If necessary, the polarity of the welding wire 13 or of the workpiece 16 can, of course, be reversed in order, if appropriate, to positively influence specific welding processes.
  • the time-controlled switching of the polarity of the welding current I within a period in dependence on parameters such as the parameter of the heat input, the parameter of the welding current I, the parameter of Welding voltage U, a parameter of material introduction or material filling, a parameter of the welding gap in the workpiece 16, etc. can be determined.
  • a gap of the workpieces 16 to be welded is determined, and a control of the size and / or polarity of the welding current I is carried out in accordance with the gap width and / or gap height. Furthermore, a depth of the penetration, in particular the so-called weld root, can be determined and, accordingly, the regulation of the polarity change of the welding current I take place.
  • the welding device 1 consists of a welding power source or current source 2, a control device 4 and a welding torch 10. About the input and / or output device 22, the different welding parameters can be adjusted on the welding machine 1 or via a remote controller. At least one parameter for the heat balance or the heat input into the workpiece to be machined can be selected at this input and / or output device 22 of the welding device and / or a remote controller and / or an adjusting device for adjusting the heat balance or the heat input into the workpiece to be machined Be arranged workpiece.
  • the input and / or output device 22 or the remote controller is associated with a control means which is designed to determine the timing of a change in the polarity of the welding current I depending on the setting of the heat budget or the heat input.
  • the control means turns the waveform of the welding current as a function of the parameters for the heat balance or the heat input determined.
  • the set parameters are forwarded to the control device 4 of the welding device 1, whereupon a corresponding welding process is controlled or regulated by this.
  • the most varied parameters for the welding process such as the welding current I and / or the welding voltage ü and / or the wire conveying speed V and / or a welding parameter for the heat input and / or the material to be welded Workpieces 16 and / or the material of the welding wire 13 and / or the welding gas used can be adjusted.
  • the settings made can be read on a display.
  • the adjustment is made in the illustrated input and / or output device 22 via selection or setting members, which may be formed by buttons, rotary switches or potentiometers.
  • the thickness of the welding wire 13 can be adjusted with first keys and the corresponding setting can be displayed on a display.
  • the material of the welding wire 13 can be selected, and displayed on a further display the set material combination.
  • a third key combination is used to set the type of welding process by changing the polarity of the welding current I cyclically or acyclically and displaying it on a third display.
  • the frequency of the alternating wire movement or the zero crossings of the welding current I can be set user-defined directly, or indirectly via a parameter proportional to these parameters.
  • An adjustment of the heat balance or the heat input into the workpiece 16 can also be made such that the user sets a conventional welding process, and by additionally setting a further parameter, such as displayed on a display and selectable via buttons heat input. supply, determines the heat balance.
  • a further parameter such as displayed on a display and selectable via buttons heat input. supply, determines the heat balance.
  • the user can specify by selecting the display in a simple form, for example, if a low, medium or high heat input should take place, so that the control device 4, a corresponding control or regulation is made.
  • corresponding data or calculation models are stored in a memory for the individual options, so that an automatic determination is possible.
  • a control means operatively coupled to the input and / or output device 22 or the remote controller can be stored in the form of software in a preferably rewritable memory, which in particular determines the polarity changes and amplitudes of the welding current I.
  • the control device 4 controls the welding process independently.
  • the heat balance or the heat input into the workpiece 16 is determined by the choice of material of the welding wire 13 and the workpieces 16 to be welded.
  • Corresponding values can be stored in the memory for the most varied materials for the welding wire 13 and the workpieces 16, so that the ratio of the alternating phases of the welding process is determined by the control device 4 depending on the choice of material. For example, less heat input into the workpiece 16 is required for a welding process for aluminum than is necessary for a steel welding process. Thus, other values are deposited for aluminum than for steel, so that a lower amount of energy is introduced into the workpiece 16.
  • the triggering for changing the polarity of the welding current I can also be achieved by specifying the number of pulses or pulses.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Schweißgerätes (1) mit einem Schweißdraht (13), wobei nach dem Zünden eines Lichtbogens (15) ein Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess durchgeführt wird, sowie ein Schweißgerät (1) zur Durchführung des Verfahrens. Zur Schaffung vielfältigerer Möglichkeiten zur Steuerung der Wärmeeinbringung in das Werkstück bzw. der Einbringung von Zusatzwerkstoff ist vorgesehen, dass während zumindest einiger Kurzschlussphasen (33) die Polarität des Schweißstroms I und/oder der Schweißspannung U umgeschaltet wird, wobei die Amplitude des Schweißstroms I und/oder der Schweißspannung U auf einen definierten Wert eingestellt wird, so dass ein Durchchmelzen des Schweißdrahtes (13) bzw. einer Kurzschlussbrücke unterbunden, jedoch eine sichere Wiederzündung des Lichtbogens (15) beim Abheben des Schweißdrahtes (13) vom Werkstück (16) ermöglicht wird, indem am Ende der Kurzschlussphase 33 bzw. am Beginn der Lichtbogenphase 36 der Lichtbogen 15 lediglich durch den Schweißstrom I und/oder die Schweißspannung U Hilf sspannungsquellen-los wieder gezündet wird.

Description

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Schweißqerätes und
Schweißqerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Schweißgerätes bzw. einer Schweißstromquelle, mit einer abschmelzenden Elektrode bzw. einem Schweißdraht, wobei nach dem Zünden eines Lichtbogens ein Kalt-Metall-Transfer (CoId Metal Transfer CMT) -Schweißprozess, durchgeführt wird, bei dem der Schweißdraht bis zur Berührung mit dem Werkstück in Richtung des Werkstücks gefördert wird, anschließend nach Bildung eines Kurzschlusses, während einer Kurzschlussphase, die Drahtförderrichtung umgekehrt wird und der Schweißdraht bis zum Aufbrechen des Kurzschlusses vom Werkstück wegbewegt wird, wobei der Stromfluss für den Schweißstrom und/oder der Schweißspannung derart geregelt wird, dass während einer Lichtbogenphase eine Anschmelzung des Schweißdrahtes, also eine Tropfenbildung, erfolgt.
Weiters betrifft die Erfindung ein Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, einer Steuervorrichtung und einem Schweißbrenner, weiters mit einer Ein- und/oder Ausgabevorrichtung und/oder einem Fernregler zur Einstellung der unterschiedlichen Schweißparameter und zur Einstellung bzw. Auswahl zumindest eines Parameters für den Wärmehaushalt oder die Wärmeeinbringung in das zu bearbeitende Werkstück.
Aus der EP 1 384 546 A2 ist ein Verfahren zum Steuern einer Schweißstromquelle bekannt, bei dem die Wellenform des Schweißstromes zumindest einen Lichtbogen- bzw. ARC-Anteil und einen Kurzschluss-Anteil aufweist. Während des Schweißprozesses wird eine Kurzschlussphase durch Vorwärtsbewegen des Schweißdrahtes bis zur Berührung des Werkstücks eingeleitet und eine Lichtbogenphase durch Zurückziehen des Schweißdrahtes eingeleitet. Der Kurzschluss-Anteil des Schweißstroms wird während der Kurzschlussphase angelegt, bevor der Schweißdraht zur Bildung eines Lichtbogens vom Werkstück abgehoben wird. Der Kurzschluss-Anteil weist dabei das Strommaximum in einer Periode des Schweißstroms auf, sodass in der Kurzschluss-Phase ein hoher Strom über den Schweißdraht und das Werkstück fließt. Der betragsmäßig niedrigere ARC-Anteil des Schweißstromes wird beim Rückzug der Elektrode unter Bildung des Lichtbogens angelegt. Es ist daher die Wellenform des Schweißstroms mit der Rückzugsbewegung des Schweißdrahtes koordiniert, wobei die Wellenform des Schweißstroms mehrere unterschiedliche Phasen aufweist.
Nachteil ist hierbei, dass zwar in dem Dokument sämtliche mögliche Schweißverfahren angeführt sind, jedoch in keiner Weise darauf eingegangen wird, wie diese Schweißverfahren im Bezug auf die Schweißdrahtbewegung angewendet werden können.
Eine zum Stand der Technik zählende Schweißstromquelle ist weiters aus der EP 1 384 547 A2 bekannt. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung eines Schweißdrahtes ist aus der EP 1 384 548 Al bekannt. Eine Drahtfördervorrichtung ist aus der EP 1 384 549 A2 bekannt.
Als nachteilig hat sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen erwiesen, dass die Steuerung bzw. Regelung der Wärmeeinbringung in den Schweißprozess nur in beschränktem Umfang möglich ist. Es erfolgt eine erhebliche Wärmeeinbringung im Bereich der Schweißstelle des Werkstücks, da der Schweißstrom zu jedem Zeitpunkt des Schweißprozesses auf einem gewissen Niveau gehalten werden muss, damit der Lichtbogen nicht abreißt. Durch die anliegende Stromstärke wird das Werkstück im Bereich der Schweißstelle stark erwärmt, wobei sich dies insbesondere in der Kurzschlussphase negativ auf die Schweißverbindung auswirkt, da in dieser Phase der betragsmäßig höhere Kurzschluss-Anteil des Schweißstroms anliegt. Die Möglichkeiten zur Steuerung der Wärmeeinbringung, insbesondere der Wärmereduktion, während eines Schweißprozesses sind bei den bekannten Verfahren somit begrenzt. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass beispielsweise dünne Bleche mit einer Dicke im Bereich von wenigen Millimetern bzw. Zehntelmillimetern und/oder Werkstoffe mit niedrigem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Aluminiumlegierungen, nur schlecht oder gar nicht schweißbar sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Steuern und/oder Regeln eines Schweißprozesses bzw. einer Schweißstromquelle, welches vielfältigere Möglichkeiten zur Steuerung der Wärmeeinbringung in das Werkstück bzw. der Einbringung von Zusatzwerkstoff zulässt und mit dem Anwendungsbereich des Schweißprozesses bzw. eines Schweißgeräts erweitert und der Schweißprozess flexibler gestaltet werden kann. Insbesondere soll die beim Schweißprozess entstehende Wärmeenergie reduziert werden
Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines oben genannten Schweißgeräts, mit dem die Wärmeeinbringung in das Werkstück bzw. die Einbringung von Zusatzwerkstoff in flexibler Weise ermöglicht und dadurch der Anwendungsbereich erweitert werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch gelöst, dass während zumindest einiger Kurzschlussphasen des Schweißprozesses die Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U auf einen definierten Wert eingestellt wird, sodass ein Durchschmelzen des Schweißdrahtes bzw. einer Kurzschlussbrücke unterbunden, jedoch eine sichere WiederZündung des Lichtbogens beim Abheben des Schweißdrahts vom Werkstück ermöglicht wird, indem am Ende der Kurzschlussphase bzw. am Beginn der Lichtbogenphase der Lichtbogen lediglich durch den Schweißstrom I und/oder die SchweißSpannung U Hilfsspannungs- quellen-lσs wieder gezündet wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch den Wechsel der Polarität des Schweißstromes I, insbesondere bei gleichbleibender Schweißstromhöhe, der Wärmeeintrag in das zu verschweißende Werkstück und/oder die Menge des einzubringenden Zusatzwerkstoffes in das Schmelzbad gesteuert werden kann. Insbesondere kann der Wärmeeintrag bedarfsweise auf ein Minimum reduziert werden, sodass auch Werkstücke mit geringer Wandstärke, beispielsweise Dünnbleche, und/oder aus niedrigschmelzenden Werkstoffen bzw. Metall-Legierungen, beispielsweise Aluminium, geschweißt oder verlötet werden können. Dies ist durch den im Wesentlichen stromlosen Werkstückübergang des Zusatzwerkstoffes möglich, der zum Zeitpunkt der Umpolung des Stromes erfolgt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Umpolen des Stromflusses mit der Bewegung des Schweißdrahtes koordiniert ist. Der Schweißstrom wird während des Kurzschlusses, also beim Kontakt des Schweißdrahtes mit dem Werkstück, umgepolt, wodurch keine zusätzliche Hilfsspannungsquelle zum erneuten Zünden des Lichtbogens benötigt wird, wie dies bei einem Umpolvorgang während einer Lichtbogenbrennphase notwendig wäre. Dies ist insofern möglich, da im Kurzschluss keine zu ionisierende Schutzgassäule, d.h. kein Lichtbogen, vorhanden ist, wobei der Lichtbogen bei Abheben des Schweißdrahtes durch den auf eine definierte Höhe eingestellten bzw. begrenzten Schweißstrom wiederum durch die spezielle Wellenform des Schweißstroms bzw. der Schweißspannung gezündet wird. Durch den Wegfall einer Hilfsspannungsquelle wird ein kostengünstiger und einfacher Aubau des Schweißgerätes ermöglicht.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 2 wird eine sichere Tropfenbildung durch Anschmelzen des Schweißdrahts erreicht. Weiters kann das Abschmelzvolumen des Zusatzwerkstoffes - also die Tropfengröße - in vorteilhafter Weise bei Bedarf über die in der Lichtbogenphase angelegte Stromstärke bestimmt werden.
Von Vorteil ist auch die Maßnahme nach Anspruch 3, da dadurch die Menge an Zusatzwerkstoff für die Tropfenbildung ebenfalls beeinflusst werden kann. Beispielsweise wird bei größerem Strom während der Kurzschlussphase in der darauffolgenden Lichtbogenbrennphase ein größerer schmelzflüssiger Tropfen bei gleichem Lichtbogenstrom gebildet, wodurch eine größere Menge an Zusatzwerkstoff bei der darauffolgenden Kurzschlussphase in das Schmelzbad eingebracht werden kann. Dieser Effekt tritt besonders stark bei Zusatzwerkstoffen mit hohem spezifischem Widerstand auf.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 4 wird eine zuverlässige Tropfenablöse durch direkte Berührung des Werkstücks bei gleichzeitig geringem bzw. keinem anliegenden Schweißstrom möglich und somit die Spritzerbildung vermieden.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 5 und 6, da dadurch der Wärmeeintrag und/oder die Menge an eingebrachten Zusatzwerkstoff in vielfältiger Art und Weise verändert bzw. gesteuert werden kann, wodurch der Schweißprozess bei unterschiedlichsten Schweißverbindungen und für unterschiedlichste Materialkombinationen und Materialdicken verwendet werden kann.
Vorteilhaft ist eine Vorgehensweise gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7, da eine periodisch wiederkehrende Wellenform des Schweißstroms wenig steuerungstechnischen Aufwand verursacht und der Schweißprozess in vielen Fallen eine Schweißverbindung mit kontinuierlich gleich bleibender Qualität herstellbar ist.
Die Maßnahme nach Anspruch 8 ist von Vorteil, da durch eine unregelmäßige Umpolung des Schweißstroms die Regelung des Schweißprozesses zusätzlich flexibilisierbar ist und die Anpassungsfähigkeit des Schweißprozesses bei zufallig bzw. nur zeitweise auftretenden Störgrößen bzw. äußeren Einwirkungen im Schweißprozess verbesserbar ist. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung je nach Bedarf eine Umpolung des Schweißstromes festlegen, falls die momentan erfassten Sollwerte für den Schweißprozess nicht eingehalten werden.
Durch die in Anspruch 9 wiedergegebene Maßnahme wird m vorteilhafter Weise eine automatisierte und individuelle Parame- trisierung eines Schweißprozesses erreicht.
Es sind aber auch die Maßnahmen nach Anspruch 10 von Vorteil, da dadurch eine selbststandige Einstellung der Wellenform des Schweißstromes in Abhängigkeit einer manuell festgelegten Benutzereinstellung vorgenommen wird und somit eine einfache Bedienung eines Schweißgerats gewahrleistet wird bzw. die Bedienerfreundlichkeit wesentlich erhöht wird.
Die Maßnahmen nach Anspruch 11 sind vorteilhaft, da dadurch auch eine externe Steuerung der Umpolung des Schweißstroms möglich ist.
Vorteilhaft sind aber auch die Maßnahmen nach Anspruch 12, da dadurch für die unterschiedlichen Polaritäten unterschiedliche Vorgabewerte für die Geschwindigkeit des Drahtvorschubes und den von dieser bestimmten Prozessparametern, wie beispielsweise der Abschmelzrate des Zusatzwerkstoffes, eingestellt bzw. von der Steuervorrichtung festgelegt werden können, wodurch eine wesentliche Verbesserung der Prozessstabilitat erzielt wird und der Schweißprozess variabler durchgeführt werden kann.
Es sind aber auch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 13 und 14 von Vorteil, da dadurch auch m der Lichtbogenphase eine Um- Schaltung der Polarität des Stromflusses möglich ist, wodurch eine noch bessere Anpassung der Parameter an die Schweißaufgabe erfolgen kann. Der Schweißprozess kann somit noch genauer für unterschiedliche Anwendungsfälle optimiert werden.
Die Maßnahmen nach Anspruch 15 und 16 sind vorteilhaft, da dadurch eine verbesserte Spaltüberbrückbarkeit und/oder ein verbesserter Einbrand erzielt wirdf wodurch insbesondere Toleranzen in den zu verschweißenden Werkstücken ausgeglichen werden können.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch ein oben genanntes Schweißgerät, wobei der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung und/oder dem Fernregler ein Steuerungsmittel zugeordnet ist, das zur Festlegung der Zeitpunkte eines Wechsels der Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U in Abhängigkeit des zumindest einen eingestellten bzw. ausgewählten Parameters für den Wärmehaushalt oder die Wärmeeinbringung ausgebildet ist. Von Vorteil ist hierbei, dass durch das wie beschrieben ausgebildete Steuerungsmittel die Einbringung von Wärmeenergie bzw. Zusatzwerkstoff durch Bestimmung der Polarität des Schweißstromes abhängig von der Zeit sehr genau und sehr individuell vom vorliegenden Schweißfall abhängig einstellbar ist. Weitere Vorteile zu dem einstellungsabhängigen Wechsel der Polarität des Schweißstromes sind der vor- und nachstehenden Beschreibung zu entnehmen.
In den Ansprüchen 18 bis 20 sind vorteilhafte Ausgestaltungen eines Schweißgeräts beschrieben, mit dem ein Schweißprozess insgesamt verbessert werden kann und der Aufbau des Schweißgeräts einfach und wartungsfreundlich, beispielsweise durch die Durchführbarkeit von Softwareupdates, gestaltbar ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schweißmaschine bzw. eines Schweißgerätes;
Fig. 2 die Zeitverläufe der Schweißspannung, des Schweißstromes und ein Bewegungsdiagrairan für den Schweißdraht während eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Schweißprozesses;
Fig. 3 den Zeitverlauf des Schweißstromes und das Bewegungsdiagramm für den Schweißdraht während eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemäßen Schweißprozesses;
Fig. 4 den Zeitverlauf des Schweißstromes und das Bewegungsdiagramm für den Schweißdraht während eines dritten Beispiels eines erfindungsgemäßen Schweißprozesses ;
Fig. 5 den Zeitverlauf des Schweißstromes und das Bewegungsdiagramm für den Schweißdraht während eines vierten Beispiels eines erfindungsgemäßen Schweißprozesses;
Fig. 6 den Zeitverlauf des Schweißstromes, das Bewegungsdiagrairan für den Schweißdraht und den schematisierten Zeitverlauf eines Steuersignals für die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes anhand eines fünften Beispiels eines erfindungsgemäßen Schweißprozesses .
In Fig. 1 ist ein Schweißgerät 1 bzw. eine Schweißanlage für verschiedenste Prozesse bzw. Verfahren mit abschmelzender Schweißelektrode, insbesondere einem Schweißdraht bzw. Zusatzwerkstoff, wie z.B. MIG/MAG-Schweißen oder Elektroden-Schweißverfahren, Doppeldraht/Tandem-Schweißverfahren oder Lötverfahren usw. , gezeigt .
Das Schweißgerät 1 umfasst eine Stromquelle 2 mit einem Leistungsteil 3, einer Steuervorrichtung 4 und einem dem Leistungsteil 3 bzw. der Steuervorrichtung 4 zugeordneten Umschaltglied 5. Das Umschaltglied 5 bzw. die Steuervorrichtung 4 ist mit einem Steuerventil 6 verbunden, welches in einer Versorgungsleitung 7 für ein Gas 8, insbesondere ein Schutzgas, wie beispielsweise CO2, Helium oder Argon und dgl . , zwischen einem Gasspeicher 9 und einem Schweißbrenner 10 bzw. einem Brenner angeordnet ist.
Zudem kann über die Steuervorrichtung 4 noch ein Drahtvorschubgerät 11, welches insbesondere für das MIG/MAG-Schweißen üblich ist, angesteuert werden, wobei über eine Versorgungsleitung 12 ein Zusatzwerkstoff bzw. ein Schweißdraht 13 von einer Vorrat- strommel 14 bzw. einer Drahtrolle in den Bereich des Schweißbrenners 10 zugeführt wird. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Drahtvorschubgerät 11, wie es aus dem Stand der Technik- bekannt ist, im Schweißgerät 1, insbesondere im Grundgehäuse, integriert ist und nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, als Zusatzgerät ausgebildet ist.
Es ist auch möglich, dass das Drahtvorschubgerät 11 den Schweißdraht 13 bzw. den Zusatzwerkstoff außerhalb des Schweißbrenners 10 an die Prozessstelle zuführt. Weiters kann das Drahtvorschubgerät 11 unterschiedliche Antriebseinheiten aufweisen, wobei eine Antriebseinheit beispielsweise im Bereich des Schweißdrahtaustritts, insbesondere im Schweißbrenner 10, bzw. der Schweißstelle am Werkstück angeordnet sein kann und eine weitere Antriebseinheit im Bereich der Vorratstrommel 14 angeordnet sein kann. Zwischen den Antriebseinheiten kann ein Drahtpuffer vorgesehen sein, welcher gegebenenfalls einen variablen Längenabschnitt des Schweißdrahts 13 aufnimmt, insbesondere bei einer durchzuführenden Rückförderung des Schweißdrahtes 13.
Der Schweißstrom zum Aufbauen eines Lichtbogens 15, insbesondere eines Arbeitslichtbogens, zwischen der Elektrode und einem Werkstück 16 wird über eine Schweißleitung 17 vom Leistungsteil 3 der Stromquelle 2 dem Brenner 10, insbesondere der Elektrode, zugeführt, wobei das zu verschweißende Werkstück 16, welches insbesondere aus mehreren Teilen gebildet ist, über eine weitere Schweißleitung 18 ebenfalls mit dem Schweißgerät 1, insbesondere mit der Stromquelle 2, verbunden ist und somit über den Lichtbogen 15 für einen Schweißprozess ein Stromkreis aufgebaut werden kann.
Zum Kühlen des Schweißbrenners 10 kann über einen Kühlkreislauf 19 der Schweißbrenner 10 unter Zwischenschaltung eines Strömungswächters 20 mit einem Flüssigkeitsbehälter, insbesondere einem Wasserbehälter 21, verbunden werden, wodurch bei der Inbetriebnahme des Schweißbrenners 10 der Kühlkreislauf 19, insbesondere eine für die im Wasserbehälter 21 angeordnete Flüssigkeit verwendete Flüssigkeitspumpe, gestartet wird und somit eine Kühlung des Schweißbrenners 10 bewirkt werden kann. Das Schweißgerät 1 kann des Weiteren eine Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 aufweisen, über welche die unterschiedlichsten Schweißparameter, Betriebsarten oder Schweißprogramme des Schweißgerätes 1 eingestellt bzw. aufgerufen werden können. Dabei werden die über die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellten Schweißparameter, Betriebsarten oder Schweißpro- gramme an die Steuervorrichtung 4 weitergeleitet und von dieser werden anschließend die einzelnen Komponenten der Schweißanlage bzw. des Schweißgerätes 1 angesteuert bzw. entsprechende Sollwerte für die Regelung oder Steuerung vorgegeben.
Des Weiteren ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schweißbrenner 10 über ein Schlauchpaket 23 mit dem Schweißgerät 1 bzw. der Schweißanlage verbunden. In dem Schlauchpaket 23 sind die einzelnen Leitungen vom Schweißgerät 1 zum Schweißbrenner 10 angeordnet. Das Schlauchpaket 23 wird über eine Kupplungsvorrichtung 24 mit dem Schweißbrenner 10 verbunden, wogegen die einzelnen Leitungen im Schlauchpaket 23 mit den einzelnen Kontakten des Schweißgerätes 1 über Anschlussbuchsen bzw. Steckverbindungen verbunden sind. Damit eine entsprechende Zugentlastung des Schlauchpaketes 23 gewährleistet ist, ist das Schlauchpaket 23 über eine Zugentlastungsvorrichtung 25 mit einem Gehäuse 26, insbesondere mit dem Grundgehäuse des Schweißgerätes 1, verbunden. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Kupplungsvorrichtung 24 auch für die Verbindung am Schweißgerät 1 eingesetzt werden kann.
Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass für die unterschiedlichen Schweißverfahren bzw. Schweißgeräte 1, wie beispielsweise MIG/MAG-Geräte, nicht alle zuvor benannten Komponenten verwendet bzw. eingesetzt werden müssen. Beispielsweise ist es auch möglich, dass der Schweißbrenner 10 als luftgekühlter Schweißbrenner 10 ausgeführt wird.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schweißprozesses anhand der Diagramme 27 bis 29 schematisch dargestellt. Diagramm 27 zeigt den Zeitverlauf der Schweißspannung U, Diagramm 28 den Zeitverlauf des Schweißstroms I, und Diagramm 29 die Bewegungen bzw. Stellungen des austrittsseitigen Endes des Schweißdrahtes 13 relativ zum Werkstück 16. Die Verläufe zeigen ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln des Schweißgerätes 1 bzw. der Schweißstromquelle 2, mit einer abschmelzenden Elektrode bzw. dem Schweißdraht 13. Dabei erfolgt die Aufschmelzung des Werkstückes 16 und des Schweißdrahtes 13 über die -ionisierte Plasmasäule bzw. den Lichtbogen 15, der zwischen dem Schweißdraht 13 und dem elektrischen Gegenpol am Werkstück 16 aufgebaut wird.
Das Zünden des Lichtbogens 15 kann über ein beliebiges Verfahren erfolgen, beispielsweise in Art des aus dem Stand der Technik bekannten Lift-Are-Prinzips, bei dem während einer Zündphase 31 eine Leerlaufspannung an den Schweißdraht 13 angelegt wird, anschließend der Schweißdraht 13 bis zur Kontaktierung des Werkstücks 16 nach vorne bewegt wird, worauf der entstehende Kurzschluss während einer Kurzschlussphase durch Umkehr der Förderrichtung des Schweißdrahtes 13 aufgebrochen wird und über die Wegstrecke der Rückförderung des Schweißdrahtes 13 ein Lichtbogen aufgebaut wird, bis eine erneute Umkehr der Drahtförderrichtung erfolgt, so dass der Schweißdraht 13 wiederum in Richtung des Werkstücks 16 bewegt wird. Der Strom I ist in der Zündphase 31 in einer oder mehreren Stufe (n) derart begrenzt, dass ein Schmelzen des Schweißdrahtes 13 nicht erfolgen kann. In einer weiteren, möglichen Ausführungsvariante kann die Erstzündung des Lichtbogens 15 über ein hochfrequentes Spannungssignal, eine so genannte Hochfrequenzzündung, erfolgen.
Nach dem Zünden des Lichtbogens 15 kann vor dem eigentlichen Schweißprozess auch eine erste kurze Prozessphase 31b mit erhöhter Energieeinbringung über eine definierte Zeitdauer und anschließend der durch zyklisch wiederkehrende Schweißprozessphasen aufgebaute Schweißprozess durchgeführt werden. Durch diese kurze Prozessphase 31b mit hoher Energieeinbringung wird eine Stabilisierung des Lichtbogens 15 geschaffen. Des Weiteren wird der Schweißdraht 13 durch den Zündprozess erwärmt und dadurch kann der nachfolgende Schweißprozess mit vorgewärmtem Schweißdraht 13 beginnen, wodurch die Schweißqualität wesentlich verbessert wird.
Nach der Zündphase 31 bzw. der Prozessphase 31b erfolgt der eigentliche Schweißprozess, wobei erfindungsgemäß ein KaIt-Me- tall-Transfer (CMT) -Schweißprozess durchgeführt wird. Beim CMT- Prozess wird der Schweißdraht 13 bis zur Berührung mit dem Werkstück 16 in Richtung Werkstück 16 gefördert, worauf nach Bildung eines Kurzschlusses zum Zeitpunkt 32 die Kurzschlussphase 33 eintritt, in der die Drahtförderrichtung umgekehrt wird- Der Schweißdraht 13 wird in der Kurzschlussphase 33 bis zum Aufbrechen des Kurzschlusses, d.h. der Bildung des Lichtbogens 15, und/oder einem definierten Abstand 34 und/oder eine definierte Zeitdauer vom Werkstück 16 wegbewegt, worauf zum Zeitpunkt 35 die hierin als Lichtbogenphase 36 bezeichnete Prozessphase eintritt. In der Lichtbogenphase 36 erfolgt ein Anschmelzen des Schweißdrahts 13, so dass am Schweißdrahtende eine Tropfenbildung erfolgt. Die Bewegungsrichtung des Schweißdrahts 13 wird an einem oberen Totpunkt 37 erneut umgekehrt, worauf der Schweißdraht 13 in Richtung des Werkstücks 16 bewegt wird. Der Schweißstrom I und/oder die Schweißspannung U wird in der Lichtbogenphase 36 derart geregelt, dass eine Anschmelzung des Schweißdrahtes 13, also eine Tropfenbildung, erfolgt, jedoch keine Abschmelzung des Schweißdrahtes 13.
Der Schweißdraht 13 führt während des Schweißprozesses eine oszillierende Bewegung durch. Das Drahtvorschubgerät 11 wird im Wesentlichen so getaktet, dass ein negatives Signal bzw. eine Rückwärtsförderung des Schweißdrahtes 13 in der Kurzschlussphase 33 erfolgt, in der ein Lichtbogen 15 aufgebaut wird, und ein positives Signal bzw. eine Vorwärtsförderung des Schweißdrahtes 13 in Richtung des Werkstücks 16 in der Lichtbogenphase 36 erfolgt, in der das Erhitzen bzw. Anschmelzen des Schweißdrahtes 13 zur Tropfenbildung erfolgt (siehe Diagramm 30 in Fig. 6). Die Taktung der Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes 13 muss jedoch nicht unbedingt mit dem Auftreten der Lichtbogenphase 36 bzw. der Kurzschlussphase 33 korrelieren, da die Lichtbogenphase 36 durch eine gezielte Energieeinbringung über die Regelung des Stromniveaus im Schweißkreis beispielsweise bereits während der Rückwärtsbewegung des Sσhweißdrahtes 13 erfolgen kann. D.h. es kann auch bei bereits vorhandenem Lichtbogen 15 der Schweißdraht 13 weiterhin bis zu einem definierten Zeitpunkt bzw. Abstand vom Werkstück 16 wegbewegt werden. Beispielsweise erfolgt die Ansteuerung des Drahtvorschubgeräts 11 mit einer Oszillations- frequenz des Schweißdrahtes 13 von 30 bis 100 Hz, insbesondere ca. 50 bis 70 Hz.
Nach Erreichen des Totpunktes 37 erfolgt eine Vorwärtsbewegung des Schweißdrahtes 13 bis zur Berührung mit dem Werkstück 16, insbesondere einem Schmelzbad. Durch die Oberflächenspannung des Tropfens am Schweißdraht 13 bzw. weiterer bekannter, am flüssigen Tropfen wirkender physikalischer Effekte wird dieser vom Schweißdraht 13 gelöst und durch das Werkstück 16 gebunden, wobei dies durch die fehlende Fallbewegung des Tropfens frei von Schweißspritzern oder ähnlichen Phänomenen erfolgt. Anschließend wird wiederum die Kurzschlussphase 33 eingeleitet, wobei durch die Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 13 die Tropfenablöse begünstigt wird. Zur Unterstützung der Tropfenablöse kann eine Erhöhung, insbesondere eine impulsartige Erhöhung des Schweißstromes I in der Kurzschlussphase 33 durchgeführt werden. Für die Dauer des CMT-Prozesses wechseln einander die Kurzschlussphase 33 und die Lichtbogenphase 36 im gezeigten Ausführungsbeispiel periodisch ab.
Auf genauere, verfahrenstechnische Details des CMT-Prozesses wird an dieser Stelle nicht eingegangen, da dieser für Schweißprozesse mit konstanter Polarität am Schweißdraht 13 bzw. dem Werkstück 16 bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Erfindungsgemäß ist zur Erweiterung der Eingriffsmöglichkeiten in den Schweißprozess nun vorgesehen, dass in sämtlichen oder einigen der Kurzschlussphasen 33 eine ümschaltung der Polarität des Stromflusses, insbesondere des Stromes I und der Spannung U, erfolgt, wobei eine definierte Amplitude für den Strom I eingestellt wird, sodass ein Durchschmelzen des Schweißdrahtes 13 bzw. einer Kurzschlussbrücke unterbunden wird, jedoch eine Wiederzündung des Lichtbogens 15 beim Abheben des Schweißdrahtes 13 vom Werkstück 16 sicher erfolgt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist der Schweißstrom I eine Wellenform bzw. eine Impulsfolge mit einer periodisch wechselnden Polarität auf, wobei die Polarität während des regulären Schweißprozesses mit jeder Halbperiode 40, 41 des Schweißstromes I wechselt. Die Zeit der Periode 40 des Stroms I mit positiver Polarität und die Zeit der Periode 41 des Stroms I mit negativer Polarität stimmt im Wesentlichen überein.
Alternativ dazu kann der Schweißstrom I eine zumindest zeitweise aperiodisch wechselnde Polarität aufweisten. Hierbei sind die Zeitanteile 40, 41 des Stroms I mit positiver und negativer Polarität über einen bestimmten Zeitraum unterschiedlich, wie dies im Zuge der Fig. 5 weiter unten näher beschrieben ist.
Die Spannung U bzw. der Strom I werden mit Überschreiten des Zeitpunkts 32 auf ein erstes Niveau gehoben, welches ein sicheres Wiederzünden des Lichtbogens 15 gewährleistet. Gegebenenfalls kann dieses Niveau als Arbeitsniveau festgelegt werden, das während der gesamten Kurzschlussphase 33 und der Lichtbogenphase 36 konstant gehalten wird. Bevorzugt weist eine positive oder negative Periode bzw. Periodenabschnitt des Schweißsromes I jedoch einen ersten Anteil, den Grundstrom 38, und zumindest einen weiteren Anteil, den Arbeitsstrom 39, auf, wie dies aus dem Diagramm 28 hervorgeht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Grundstrom 38 und der Arbeitsstrom 39 konstant. Der Grundstrom 38 bzw. der Arbeitsstrom 39 kann sich zeitlich auch verändern. Insbesondere kann der Grundstrom 38 im zeitlichen Verlauf ansteigen und/oder der Arbeitsstrom 39 im zeitlichen Verlauf abfallen.
Der Grundstrom 38 ist gegenüber dem Arbeitsstrom 39 bevorzugt verhältnismäßig klein, wobei der Arbeitsstrom 39 beispielsweise um das 1,5 bis 10-fache, insbesondere das 4 bis 8-fache, höher als der Grundstrom 38 sein kann. Der Grundstrom 38 kann beispielsweise 5 A bis 50 A, insbesondere ca. 10 bis 30 A, und der Arbeitsstrom 39 beispielsweise 50 A bis 500 A betragen.
Erfindungsgemäß liegt an der Elektrode bzw. dem Schweißdraht 13 und dem Werkstück 16 zumindest zeitweilig eine zu einer ersten Polarität, die nachfolgend als positiver Anteil des Schweißstroms I bezeichnet wird und in den Figuren als posititive Periode 40 eingetragen ist, wechselnde bzw. gewechselte Polarität an, die nachfolgend als negativer Anteil des Schweißstromes I bezeichnet wird und die in den Figuren als negative Periode 41 des Schweißstroms I eingetragen ist. Dieser negative Anteil des Schweißstroms I lässt eine Vielzahl von Steuerungs- bzw. Regelungsmöglichkeiten für den Schweißprozess zu, indem die positiven und negativen Anteile des Schweißstromes I wechselweise angeglegt werden. Der negative Anteil des Schweißstroms I bildet eine zusätzliche Einflussgröße im Schweißprozess, sodass bei entsprechender Festlegung der Eigenschaften und der Zeitdauer des Anliegens der positiven und negativen Polaritäten des Schweißstroms I am Werkstück 16 und der Elektrode bzw. dem Schweißdraht 13 der Energiehaushalt sehr genau und anwendungsspezifisch bestimmt werden kann. Diese Steuerung der elektrischen Energiezufuhr wird dabei durch die Steuervorrichtung 4 durchgeführt.
Durch den bedarfsweisen Polaritätswechsel des Schweißstroms I wird die Temperatur der Wärmeeinflusszone am Werkstück 16 gegenüber einem Schweißprozess mit konstanter Polarität wesentlich verringert. Dies wird einerseits durch den idealerweise stromlosen Übertritt des Zusatzwerkstoffes zum Zeitpunkt 32 erreicht, wodurch zum Zeitpunkt der Tropfenablöse eine Abkühlung der wärmebeinflussten Teile, insbesondere des Schmelzbades und des Zusatzmaterials, erfolgen kann. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten CMT-Prozessen kann die Wärmeeinbringung beim vorliegenden Schweißprozess in vorteilhafter Weise reduziert werden, da in der negativ gepolten Lichtbogenphase 36 eine Verringerung des Schweißstromes I bei gleichbleibendem Abschmelzvolumen durchgeführt wird. Durch Verringerung des Wärmeeintrags in das Werkstück 16 können noch dünnere Wandstärken bzw. Materialien mit niedrigeren Schmelztemperaturen verschweißt werden.
Ist an den Schweißdraht 13 nun der positive Pol des Schweißstroms I angelegt, wird die Elektrode stärker erwärmt, als bei negativer Polung. Dieser bekannte Effekt bewirkt, dass bei positiver Polung des Schweißdrahtes 13 am Schweißdraht 13 ein größeres Materialvolumen angeschmolzen wird, als bei negativer Polung. Umgekehrt wird bei positiver Polung des Werkstücks 16 mehr Wärmeenergie in den Bereich der Schweißstelle am Werkstück 16 eingebracht, wodurch die Wärmeeinflusszone am Werkstück vergrößert wird bzw. der Einbrand im Werkstück 16 tiefer wird, als bei gegenteiliger Polung. Diese Effekte können durch das erfindungsgemäße Verfahren gezielt ausgenutzt werden, indem die Umschaltung der Polarität nach Bedarf oder laut Einstellung der Stromquelle 2 gesteuert wird.
Nach der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante folgt auf eine positive Periode 40, welche eine Kurzschlussphase 33 und eine Lichtbogenphase 36 beinhaltet, eine negative Periode 41, die ebenfalls eine Kurzschlussphase 33 und eine Lichtbogenphase 36 beinhaltet, die in dieser Reihenfolge periodisch aufeinander folgen.
In einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird der Schweißstrom I in der Lichtbogenphase 36 verändert, insbesondere erhöht, wodurch die Tropfenbildung bzw. das Anschmelzen des Schweißdrahtes 13 erreicht wird. Dabei wird der Schweißstrom I in der Lichtbogenphase 36 bevorzugt vom Grundstrom 38, der in der Kurzschlussphase 33 anliegt, auf den vorstehend erwähnten Arbeitsstrom 39 erhöht. Weiters wird bevorzugt vor der Kurzschlussphase 33 der Schweißstrom I auf einen geringen Wert abgesenkt, wie dies schematisch dargestellt ist, bzw. auf Null reduziert, um ein Minimum an Lichtbogendruck bei geringerwerdenderα Abstand zwischen Elektrode bzw. Schweißdraht 13 und Werkstück 16 zu erhalten. Somit wird ein spritzerfreier Übergang von der Lichtbogenphase 36 in die Kurzschlussphase 33 ermöglicht.
Fig. 3 zeigt eine weitere Verfahrensvariante, bei der der Schweißstrom I in der Kurzschlussphase 33 zeitlich verändert wird. Diagramm 28 zeigt den zeitlichen Verlauf des Schweißstromes I und Diagramm 29 den zeitlichen Verlauf der Bewegungen bzw. Stellungen des Schweißdrahtes 13. Auf die Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Schweißspannung U wird in weiterer Folge verzichtet, da diese variable bzw. unterschiedliche Wellenformen aufweisen kann, damit der in Diagramm 29 dargestellte Kurvenverlauf des Schweißstroms I sichergestellt ist.
Der in der Kurschlussphase 33 anliegende Grundstrom 38 wird ab dem Zeitpunkt 32 beispielsweise stetig erhöht, wodurch der Schweißdraht 13 in der Kurzschlussphase 33 bereits erheblich vorgewärmt wird oder bedarfsweise angeschmolzen wird. Die Abschmelzrate des Zusatzwerkstoffs kann somit erhöht werden. Beispielsweise kann somit ein breiterer Spalt zwischen den zu verbindenden Teilen des Werkstücks 16 mit Zusatzwerkstoff gefüllt und überbrückt werden, was insbesondere zum Verbinden zweier Teile über Stumpfnähte mit großer bzw. unregelmäßiger Spaltbreite vorteilhaft ist.
Der Anstieg des Schweißstroms I in der Kurzschlussphase 33 kann stetig (durchgezogene Linien) , beispielsweise nach einer Rampenfunktion, oder stufenweise (strichlierte Linien) erfolgen.
Auch die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes 13 kann während unterschiedlicher Prozessphasen auf einen vordefinierten Konstantwert festgelegt oder variabel nachregelbar sein. Die Vorschubgeschwindigkeit kann von unterschiedlichen Prozessparametern abhängig sein, wobei die Regelung des Drahtvorschubgeräts 11 vorzugsweise automatisch durch die Steuervorrichtung 4 erfolgt. Beispielsweise ist die Drahtvorschubgeschwindigkeit umso höher, je höher der Schweißstrom I in der Kurzschlussphase 33 bzw. der Lichtbogenphase 36 ist. Bei Veränderung des Schweißstromes I wird die Drahtvorschubgeschwindigkeit bevorzugt entsprechend angepasst, damit die an der Stromquelle 2 bzw. Steuervorrichtung 4 vorgegebenen Sollwerte eingehalten werden können.
In Fig. 4 ist eine weitere Verfahrenvariante veranschaulicht. Hierbei erfolgt die Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I nur in einigen Kurzschlussphasen 33 eines Schweißprozesses, bevorzugt nach einer vorgegebenen Anzahl von Kurzschlussphasen 33 und Lichtbogenphasen 36 mit gleicher Polarität des Schweißstroms I. Eine Kurzschlussphase 33 und eine Lichtbogenphase 36 bilden eine Periode 40. Wie dargestellt, bleibt der Schweißstrom I über zwei aufeinanderfolgende Perioden 40 gleich gepolt, worauf ein Wechsel der Polarität des Schweißstromes I folgt. Anschließend erfolgt eine erneute Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I wiederum nach einer vordefinierten Anzahl von Perioden 40. Im Ausführungsbeispiel stimmt die Anzahl der positiven Perioden 40 und der negativen Perioden 41 während des Schweißprozesses im Verhältnis im Wesentlichen überein.
In Fig. 5 ist eine weitere Verfahrensvariante gezeigt, bei der die Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I nach einer durch die Steuervorrichtung 4 definierten Anzahl von Perioden 40 erfolgt. Dabei stimmen die Anzahl der positiven Perioden 40 nicht mit der Anzahl der negativen Perioden 41 überein, es überwiegen während eines Schweißprozesses im Verhältnis beispielsweise die positiven Perioden 40. Die negative Periode 41 greift insofern in den Schweißprozess ein, als durch den negativen Pol am Schweißdraht 13 oder dem Werkstück 16 weniger Wärme eingebracht wird und eine Senkung der thermischen Energie am be- einflussten Element erfolgt. Der Wärmehaushalt kann durch die negative Periode 41 entscheidend beeinflusst werden. Die Wellenform der negativen Periode 41 kann dabei der invertierten, positiven Periode 40 entsprechen, oder es ist der Schweißstrom I während der negativen Periode 41 in der Kurvenform und/oder betragsmäßig verändert, insbesondere geringer oder höher, als während der positiven Periode 40. Beispielsweise kann der Schweißstrom I bei gleichbleibender Abschmelzrate des Schweißdrahtes 13 geringer gewählt werden, wodurch aufgrund des geringeren Schweißstromes I weniger Wärmeenergie in das Werkstück 16 eingebracht wird.
Es ist möglich, dass der Polaritätswechsel des Schweißstromes I unregelmäßig bzw. je nach Bedarf von der Steuervorrichtung 4 festgelegt wird. Tritt beispielsweise ein zu hohes Abschmelzvolumen des Schweißdrahtes 13 auf bzw. ist die Wärmeeinbringung in das Werkstück 16 zu hoch, kann dies von der Steuervorrichtung 4 über entsprechende Sensoren in einem Regelkreis erkannt werden, worauf eine Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I zur Senkung der Temperatur vorgenommen wird.
Eine weitere, nicht näher dargestellte Verfahrensvariante besteht darin, dass eine Periode 40; 41 des Schweißstromes I gegenüber der anders gepolten Periode 41; 40 eine kürzere oder längere Periodendauer aufweist. Zum Beispiel ist die Periodendauer der positiven Periode 40 von kürzerer Dauer, als die Periodendauer der negativen Periode 41. Somit wird die während der positiven Periode 40 erzeugte Wärmeenergie an die während der negativen Periode 41 erzeugten Wärmeenergie angeglichen, wodurch ein konstantes Abschmelzvolumen am Schweißdraht 13 bei wechselnder Polarität des Schweißstroms I erreicht werden kann. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Schweißstrom I während der negativen Periode 41 gegenüber dem Strom I während der positiven Periode 40 verändert, insbesondere erhöht wird, sodass die Schwankungen der Wärmeeinbringung bei unterschiedlichen Polaritäten des Schweißstroms I ausgeglichen werden können.
In Fig. 6 ist eine weitere Verfahrensvariante gezeigt. Hierbei wird während einer Periode 40, 41 die Polarität des Schweißstroms I zumindest zweimal gewechselt. Beispielsweise erfolgt die erste Umschaltung der Polarität des Schweißstroms I in der Kurzschlussphase 33 und die zweite Umschaltung der Polarität des Schweißstroms I in der Lichtbogenphase 36. Während des Rückhubes des Schweißdrahtes 13 in der Kurzschlussphase 33 liegt beispielsweise die negative Polarität des Schweißstroms I am Schweißdraht 13 an, wobei zum Zeitpunkt 35 die Polarität des Schweißstroms I wechselt und in der Lichtbogenphase 36 die positive Polarität des Schweißstroms I an den Schweißdraht angelegt wird.
Eine derartige Vorgehensweise ist vorteilhaft, da in der Kurzschlussphase 33 eine geringere Wärmeenergie am Schweißdraht 13 entsteht und in der Lichtbogenphase 36 durch positive Polung des Schweißdrahtes 13 eine hohe Abschmelzrate des Zusatzwerkstoffs und durch die negative Polung des Werkstücks 16 eine geringe Wärmeeinbringung in dieses erzielt werden kann. Bedarfsweise kann die Polung des Schweißdrahtes 13 bzw. des Werkstücks 16 selbstverständlich umgekehrt sein, um spezielle Schweißprozesse gegebenenfalls positiv zu beeinflussen.
Im Allgemeinen sei zu den in den Fig. 2 bis 6 beschriebenen Ausführungsvarianten angemerkt, dass die zeitlich gesteuerte Umschaltung der Polarität des Schweißstroms I innerhalb einer Periode in Abhängigkeit von Parametern, wie beispielsweise dem Parameter der Wärmeeinbringung, dem Parameter des Schweißstromes I, dem Parameter der Schweißspannung U, einem Parameter der Materialeinbringung bzw. Materialfüllung, einem Parameter des Schweißspaltes im Werkstück 16, usw., bestimmt werden kann. Hierzu können der Steuervorrichtung 4 aus dem Stand der Technik bekannte Erfassungselemente bzw. Sensoren, Einstellorgane, Bedieneinrichtungen bzw. Fernregler, Datenspeicher, Steuerungs- mittel, wie z.B. eine Software bzw. Programmlogik, usw. zugeordnet sein, damit die Steuervorrichtung 4 eine entsprechende Erfassung und Festlegung von Sollwerten bzw. Stellgrößen im Regelungsprozess vornehmen kann.
Beispielsweise wird ein Spalt der zu verschweißenden Werkstücke 16 ermittelt und entsprechend der Spaltbreite und/oder Spalthöhe eine Regelung der Größe und/oder Polarität des Schweißstromes I durchgeführt. Weiters kann eine Tiefe des Einbrandes, insbesondre die sogenannte Schweißwurzel, ermittelt werden und entsprechend die Regelung der Polaritätswechsel des Schweißstromes I erfolgen.
Es ist auch möglich, dass durch Erfassen der Temperatur des Werkstückes 16 und durch Vorgabe einer definierten Wärmeein- bringung am Schweißgerät 1 eine automatische Regelung der Polaritätswechsel und/oder der Anzahl bzw. Dauer einzelner Perioden 40, 41 des Schweißstroms I zur Regelung des Wärmehaushalts erfolgt. Dabei wird an die Steuervorrichtung 4 des Schweißgerätes 1 die erfasste Temperatur des Werkstückes 16 weitergeleitet, worauf von dieser festgelegt wird, ob die Polarität bzw. die Eigenschaften des Schweißstroms I verändert werden.
Das Schweißgerät 1 besteht aus einer Schweißstromquelle bzw. Stromquelle 2, einer Steuervorrichtung 4 und einem Schweißbrenner 10. Über die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 sind am Schweißgerät 1 oder über einen Fernregler die unterschiedlichen Schweißparameter einstellbar. An dieser Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 des Schweißgerätes und/oder einem Fernregler kann zumindest ein Parameter für den Wärmehaushalt oder die Wärmeeinbringung in das zu bearbeitende Werkstück ausgewählt werden und/oder ein Einstellorgan zur Einstellung des Wärmehaushalts bzw. der Wärmeeinbringung in das zu bearbeitende Werkstück angeordnet sein.
Der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 oder dem Fernregler ist ein Steuerungsmittel zugeordnet, das zur von der Einstellung des Wärmehaushalts bzw. der Wärmeeinbringung abhängigen Festlegung der Zeitpunkte eines Wechsels der Polarität des Schweißstromes I ausgebildet ist. Durch das Steuerungsmittel wird die Kurvenform des Schweißstroms in Abhängigkeit der Parameter für den Wärmehaushalt bzw. der Wärmeeinbringung bestimmt.
Die eingestellten Parameter werden an die Steuervorrichtung 4 des Schweißgerätes 1 weitergeleitet, worauf von dieser ein entsprechender Schweißprozess gesteuert bzw. geregelt wird. In der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 können die unterschiedlichsten Parameter für den Schweißprozess, wie beispielsweise der Schweißstrom I und/oder die Schweißspannung ü und/oder die Drahtfördergeschwindigkeit V und/oder ein Schweißparameter für die Wärmeeinbringung und/oder das Material der zu verschweißenden Werkstücke 16 und/oder das Material des Schweißdrahtes 13 und/oder das verwendete Schweißgas eingestellt werden.
Auf einer Anzeige können die vorgenommenen Einstellungen abgelesen werden. Die Einstellung erfolgt bei der dargestellten Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 über Auswahl- oder Einstellorgane, welche durch Tasten, Drehschalter oder Potentiometer gebildet sein können. Beispielsweise kann mit ersten Tasten die Dicke für den Schweißdraht 13 eingestellt und an einer Anzeige die entsprechende Einstellung angezeigt werden. Mit einer zweiten Anordnung von Tasten kann beispielsweise das Material des Schweißdrahtes 13 ausgewählt werden, und über eine weitere Anzeige die eingestellte Materialkombination angezeigt werden. Über eine dritte Tastenkombination wird die Art des Schweißprozesses durch zyklische oder azyklische Änderung der Polarität des Schweißstroms I eingestellt und auf einer dritten Anzeige dargestellt.
Beispielsweise kann die Frequenz der wechselnden Drahtbewegung bzw. die Nulldurchgänge des Schweißstroms I benutzerdefiniert direkt, oder über einen zu diesen Parametern proportionalen Parameter indirekt, eingestellt werden.
Eine Einstellung des Wärmehaushalts bzw. der Wärmeeinbringung in das Werkstück 16 kann aber auch derart erfolgen, dass der Benutzer einen üblichen Schweißprozess einstellt, und durch zusätzliches Einstellen eines weiteren Parameters, wie der an einer Anzeige dargestellten und über Tasten auswählbaren Wärmeeinbrin- gung, den Wärmehaushalt festlegt. Hierbei kann der Benutzer durch Auswahl an der Anzeige in einfacher Form festlegen, ob beispielsweise eine niedrige, mittlere oder hohe Wärmeeinbringung stattfinden soll, so dass von der Steuervorrichtung 4 eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung vorgenommen wird. Dabei sind zu den einzelnen Auswahlmöglichkeiten entsprechende Daten bzw. Berechnungsmodelle in einem Speicher hinterlegt, so dass eine automatische Festlegung möglich ist.
Beispielsweise können in einem im Schweißgerät 1 integrierten Speicher Daten, beispielsweise AC-Kurvenformen, Stromwerte, Frequenzen, oder dgl . des Schweißstroms I oder Drahtbewegungswege bzw. Oszillationsfrequenzen des Schweißdrahtes 13, für den jeweiligen Schweißprozess hinterlegt sein, nach welchen Daten die Steuervorrichtung 4 das Schweißverfahren steuert. Weiters kann ein mit der Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 22 bzw. dem Fernregler wirkungsgekoppeltes Steuerungsmittel in Form einer Software in einem bevorzugt wiederbeschreibbaren Speicher hinterlegt sein, das insbesondere die Polaritätswechsel und Amplituden des Schweißstromes I bestimmt.
Somit sind vom Benutzer nur wenig Einstellungen vor dem Schweißprozess vorzunehmen, worauf die Steuervorrichtung 4 den Schweißprozess dann selbstständig regelt. Speziell wird dabei der Wärmehaushalt bzw. die Wärmeeinbringung in das Werkstück 16 durch die Materialwahl des Schweißdrahtes 13 und der zu verschweißenden Werkstücke 16 festgelegt. Dabei können für die unterschiedlichsten Materialien für den Schweißdraht 13 und die Werkstücke 16 entsprechende Werte im Speicher hinterlegt sein, so dass von der Steuervorrichtung 4 je nach Materialwahl das Verhältnis der abwechselnden Phasen des Schweißprozesses festlegt wird. Beispielsweise wird für einen Schweißprozess für Aluminium eine geringere Wärmeeinbringung in das Werkstück 16 benötigt, als dies für einen Stahl-Schweißprozess notwendig ist. Somit sind für Aluminium andere Werte hinterlegt als für Stahl, sodass eine niedrigere Energiemenge in das Werkstück 16 eingebracht wird.
Natürlich kann die Auslösung zur Änderung der Polarität des Schweißstromes I auch durch Angabe der Anzahl der Pulse bzw. Pe- rioden 40, 41 oder durch Vorgabe oder Definition einer Zeitdauer oder durch ein Triggersignal durchgeführt werden.
Selbstverständlich ist es möglich, dass die einzelnen zuvor beschriebenen Einstellmöglichkeiten untereinander kombiniert werden bzw. mehrere Einstellmöglichkeiten am Schweißgerät 1 vorgesehen sind.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Schweißgerätes (1) bzw. einer Schweißstromquelle (2), mit einem Schweißdraht (13), wobei nach dem. Zünden eines Lichtbogens (15) ein KaIt-Me- tall-Transfer (CoId Metal Transfer CMT) -Schweißprozess durchgeführt wird, bei dem der Schweißdraht (13) bis zur Berührung mit dem Werkstück (16) in Richtung des Werkstücks (16) gefördert wird, anschließend nach Bildung eines Kurzschlusses, während einer Kurzschlussphase (33) , die Drahtförderrichtung umgekehrt wird und der Schweißdraht (13) bis zum Aufbrechen des Kurzschlusses vom Werkstück (16) wegbewegt wird, wobei der Schweißstrom I und/oder die Schweißspannung U derart geregelt wird, dass während einer Lichtbogenphase (36) eine Anschmelzung des Schweißdrahtes (13), also eine Tropfenbildung, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass während zumindest einiger Kurzschlussphasen (33) die Polarität des Schweißstroms I und/oder Schweißspannung U, umgeschaltet wird, wobei die Amplitude des Schweißstroms I und/oder der Schweißspannung U auf einen definierten Wert eingestellt wird, sodass ein Durchschmelzen des Schweißdrahtes (13) bzw. einer Kurzschlussbrücke unterbunden , jedoch eine sichere Wiederzündung des Lichtbogens (15) beim Abheben des Schweißdrahtes (13) vom Werkstück (16) ermöglicht wird, indem am Ende der Kurzschlussphase (33) bzw. am Beginn der Lichtbogenphase (36) der Lichtbogen (15) lediglich durch den Schweißstrom I und/oder die Schweißspannung U hilfsspannungsquellenlos wiedergezündet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lichtbogenphase (36) der Schweißstrom I verändert, insbesondere erhöht wird und dadurch eine Tropfenbildung bzw. ein Anschmelzen des Endes des Schweißdrahtes (13) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kurzschlussphase (33) der Schweißstrom I verändert wird, wobei bei einer Erhöhung des Schweißstromes I der durch den Schweißdraht (13) gebildete Zusatzwerkstoff in das Schmelzbad des Werkstücks (16) und bei einer Verringerung des Schweißstromes I weniger Zusatzwerkstoff in das Schmelzbad desWerkstücks (16) eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bildung eines Kurzschlusses die Drahtförderrichtung umgekehrt wird und der Schweißdraht (13) bis zu einem frei wählbaren oder vordefinierten Abstand (34) vom Werkstück (16) wegbewegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U nach jeder durch jeweils eine Kurzschlussphase (33) und eine Lichtbogenphase (36) gebildete Periode (40, 41) umgeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U nach mehreren durch jeweils eine Kurzschlussphase (33) und eine Lichtbogenphase (36) gebildete Perioden (40, 41) umgeschaltet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Schweißstromes I und/oder der SchweißSpannung U nach einer vordefinierten bzw. einstellbaren Anzahl von Perioden
(40, 41) umgeschaltet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U nach einer veränderlichen bzw. variablen Anzahl von Perioden
(40, 41) aperiodisch bzw. unregelmäßig umgeschaltet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U in Abhängigkeit zumindest eines vor dem Schweißprozess eingestellten oder während des Schweißprozesses erfassten Schweißprozessparameters, wie beispielsweise dem Schweißstrom I, einem Parameter für die Wärmeeinbringung, dem Material des Werkstücks (16) , dem Material des Schweißdrahtes (13) , dem verwendeten Schutzgas, und/oder einem Schweißspalt im Werkstück (16) automatisch ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass zumindest ein Schweißparameter am Schweißgerät (1) manuell ausgewählt bzw. eingestellt wird, und dass der Zeitpunkt der Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U in Bezug auf die Kurzschlussphase (33) in Abhängigkeit dieses zumindest einen Schweißparameters durch die Steuervorrichtung (4) festgelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U in Abhängigkeit einer vorgegebenen Zeitdauer oder durch ein Triggersignal ausgelöst wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U die Vorschubgeschwindigkeit V des Schweißdrahtes (13) verändert bzw. bestimmt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während einer durch eine Kurzschlussphase (33) und eine Lichtbogenphase (36) gebildeten Periode (40; 41) die Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung zumindest zwei Mal gesteuert umgeschaltet wird, wobei insbesondere ein Polaritätswechsel während der Lichtbogenphase (36) und ein Polaritätswechsel während der Kurzschlussphase (33) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich gesteuerte Umschaltung der Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U während einer Periode (40; 41) in Abhängigkeit von Schweißprozessparametern, beispielsweise einem Parameter der Wärmeeinbringung, dem Schweißstrom I, der Schweißspannung U, einem Parameter der Materialeinbringung, usw., gesteuert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude und/oder Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U in Abhängigkeit der ermittelten Breite und/oder Höhe des Spalts zwischen den zu verschweißenden Werkstücken (16) geregelt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Amplitude und/oder Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U in Abhängigkeit der ermittelten Tiefe des Einbrandes, insbesondere der so genannten Schweißwurzel geregelt wird.
17. Schweißgerät (1), mit einer Schweißstromquelle (2), einer Steuervorrichtung (4) und einem Schweißbrenner (10), weiters mit einer Ein- und/oder Ausgabevorrichtung (22) und/oder einem Fernregler zur Einstellung der unterschiedlichen Schweißparameter und zur Einstellung bzw. Auswahl zumindest eines Parameters für den Wärmehaushalt oder die Wärmeeinbringung in das zu bearbeitende Werkstück (16) , dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung (22) und/oder dem Fernregler ein Steuerungsmittel zugeordnet ist, das zur Festlegung der Zeitpunkte eines Wechsels der Polarität des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U in Abhängigkeit des zumindest einen eingestellten bzw. ausgewählten Parameters für den Wärmehaushalt oder die Wärmeeinbringung ausgebildet ist.
18. Schweißgerät (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auswahl- oder Einstellorgan zur direkten oder indirekten Einstellung der Anzahl oder Dauer der Perioden (40, 41) des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U mit positiver oder negativer Polarität oder der Amplitude des Schweißstromes I und/oder der Schweißspannung U angeordnet ist.
19. Schweißgerät (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher zur Hinterlegung von Schweißparametereinstellungen, insbesondere AC-Kurvenformen, Periodendauern, oder dgl. für den Schweißstrom I und/oder der Schweißspannung U angeordnet ist.
20. Schweißgerät (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel durch eine in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung (4) hinterlegte Software bzw. Programmlogik gebildet ist, welcher Datenspeicher zum Verändern bzw. Aufrufen darin gespeicherter Daten mit der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung (22) verbunden ist.
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