WO2006125234A1 - Kalt-metall-transfer-schweissverfahren sowie schweissanlage - Google Patents

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WO2006125234A1
WO2006125234A1 PCT/AT2006/000205 AT2006000205W WO2006125234A1 WO 2006125234 A1 WO2006125234 A1 WO 2006125234A1 AT 2006000205 W AT2006000205 W AT 2006000205W WO 2006125234 A1 WO2006125234 A1 WO 2006125234A1
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WO
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welding
arc
phase
short
wire
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Application number
PCT/AT2006/000205
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred SCHÖRGHUBER
Original Assignee
Fronius International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fronius International Gmbh filed Critical Fronius International Gmbh
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Publication of WO2006125234A1 publication Critical patent/WO2006125234A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire

Definitions

  • the invention relates to a cold metal transfer welding method, hereinafter referred to as CMT process, in which the welding process is defined by cyclic alternation of an arc phase and a short circuit phase, wherein during a arc phase, a welding wire until it contacts the workpiece in the direction Workpiece is moved, then after formation of a short circuit during the short phase, the wire feed is reversed and the welding wire is moved away from the workpiece, the welding current and / or the welding voltage is controlled during the arc phase such that the welding wire is melted and a drop is formed, and that during the short-circuit phase, an opening of the short circuit is prevented via the welding current, whereby welding parameters are set in order to determine the welding process.
  • CMT process cold metal transfer welding method, hereinafter referred to as CMT process, in which the welding process is defined by cyclic alternation of an arc phase and a short circuit phase, wherein during a arc phase, a welding wire until it contacts the workpiece in the direction Workpiece is moved, then after formation of
  • the welding wire is moved away from the workpiece until the short circuit is opened and / or a defined distance from the workpiece and / or over a defined period of time.
  • the invention relates to a welding system with a welding device, at least one control device with a memory for operating data or programs, a power source, a wire feeder for conveying a welding wire, a connectable to the welding torch and a input and / or output device with at least two control elements for Setting welding parameters.
  • a method for controlling a welding power source in which the waveform of the welding current has at least one arc component and one short-circuit component.
  • a short-circuiting phase is initiated by movement of the welding wire to the contact of the workpiece and an arc phase initiated by the return movement of 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 portion has the Peak current in a 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 portion of the welding current is applied when moving back the welding wire to form the arc.
  • the waveform of the welding current and the return movement of the welding wire which have several different phases, are coordinated accordingly.
  • a disadvantage is that the duration of the arc phase and the short-circuit phase, which alternate periodically, not directly on the welding machine, but only indirectly via welding parameters such as welding current, wire feed speed, etc. can be set.
  • US 2002/0153363 A1 describes a welding method in which the melting rate of the welding wire can be controlled.
  • the definition of the welding process requires, as in other welding processes of the prior art, the setting of a large number of welding parameters on the welding machine and thus the corresponding knowledge of the welder.
  • the object of the present invention is to provide an above-mentioned welding method and a welding system, with which the complex interaction of the individual welding parameters for optimum welding results and optimum quality of the weld can be used with the lowest possible number of settings on the welding machine. Regardless of the process conditions, consistent results are to be achieved.
  • the object of the invention is achieved in terms of the method in that as a welding parameter via a control member a movement frequency of the welding wire, with which the number of arc phases and short circuit phases per second is defined and at least one further welding parameters are set, and determined by a control device all other required welding parameters to achieve the predetermined movement frequency and adjusted and regulated.
  • the movement frequency thus specifies the number of periods, which are each formed by an arc phase and a short-circuit phase, per second.
  • the user adjusts this movement frequency and at least one further welding parameter, whereupon, from this information, the control device automatically determines and adjusts and regulates all further required welding parameters, such as welding current and wire feed speed, so that the set movement frequency is maintained during the welding process. No special welding skills are required for the user.
  • the diameter of the welding wire or the melting rate can be adjusted.
  • the welding wire welding parameters such as the welding current and / or the wire feed speed, regulated such that at constant wire feed speed, a constant distance of the welding wire to the workpiece, which the length of the arc between the welding wire and the workpiece corresponds to be achieved.
  • the short-circuit phase can be deliberately initiated and thus spatter can be avoided.
  • the arc pressure is reduced, whereby upon contact of the welding wire with the workpiece, no dropping of the droplet of liquefied material can occur and thus a continuous transition is achieved.
  • the wire feed speed is increased to reduce the length of the arc between the welding wire and the workpiece to short circuit, the short circuit can be reached faster and thereby the duration of Short circuit formation can be reduced. As a result, the time duration for the arc phase can be increased and thus more filler material can be melted.
  • the length of the arc between the welding wire and the workpiece during the arc phase is monitored and changes in the arc length are controlled via the welding parameters, in particular the wire feed speed and the welding current such that the short-circuit phase with the set movement frequency occurs, can interfere with the workpiece surface, such as depressions or increases, are detected and compensated, and early initiation of the short-circuit phase avoided.
  • the welding parameters can be controlled to vary the duration of the short-circuit phase, so that the subsequent arc phase occurs at the set movement frequency.
  • the temperature of the molten bath and thereby the penetration can be regulated in an advantageous manner.
  • the heat input into the workpiece is set, and the ratio of the duration of the short-circuit phase to the duration of the arc phase and / or a profile of the welding current determined as a function of the set heat input, for example, the delay of the material, which depends on the heat input, reduced become. Furthermore, the temperature of the molten bath and the penetration can be adjusted.
  • the movement frequency is set between 1 Hz and 150 Hz, preferably between 30 Hz and 70 Hz. This achieves a particularly user-friendly handling. The user can quickly find out, for example, with the aid of tables, the optimum movement frequency for the respective workpiece to be processed. The movement frequency can also influence the appearance of the weld.
  • the frequency of the molten bath oscillation can be influenced in a targeted manner via the movement frequency of the welding wire.
  • a low frequency of movement By selecting a low frequency of movement, the natural vibration of the molten bath can be greatly reduced in a simple manner, whereby spatter can be avoided.
  • the natural oscillation of the molten bath can be increased and, as a result, gap bridging can be improved in an advantageous manner.
  • a targeted excitation of the oscillation of the molten bath can be forced.
  • the welding parameters are determined and set and regulated as a function of a defined profile of the length of the arc or of the welding voltage.
  • the object of the invention is also achieved by an above said welding system, wherein at the input and / or output device, a control member for setting a movement frequency, with which the number of arc phases and short circuit phases per second is defined, and the control device for performing a cold metal transfer welding method after one of the above features is formed.
  • the control unit for setting the movement frequency for the CMT process can automatically determine and adjust many of the remaining, required welding parameters.
  • the control member for adjusting the movement frequency may be formed as a knob.
  • a scale ranging from 1 to 150 Hz scale can be arranged, whereby in a simple way, the adjustment is made possible or changes can be made.
  • a control member may also be configured to adjust the material and the material thickness as a rotary knob, possibly with an arranged next to or on the knob and the material and the material thickness associated scale.
  • two welding parameters are adjusted by means of a position of the rotary knob.
  • At the input and / or output device may also be arranged a control member for setting a value for the heat input into the workpiece, whereby the heat input into the workpiece and the associated temperature of the molten bath can be adjusted in a simple manner.
  • the control member for setting the value for the heat input into the workpiece can be configured as a rotary knob, possibly with a arranged next to or on the knob and the heat input associated scale, which ranges for example from 1 to 100.
  • At least one control can also be indicated by a display with a Input field, in particular a touch screen to be formed.
  • the control member for setting the movement frequency, at least one further welding parameter and the value for the heat input is completely or partially software-based, and / or with graphics support, formed via an input field. As a result, an exact value for the corresponding welding parameter can also be set.
  • a remote vane for adjusting the welding parameters, in particular the movement frequency, and the value for the heat input, at the welding torch is arranged.
  • the corresponding welding parameters can also be changed during the welding process.
  • FIG. 1 shows an exemplary representation of a welding device
  • FIGS. 2 to 7 show the time profiles of the welding voltage, the welding current and the wire feed speed and a movement diagram for the welding wire while observing a specific frequency of movement using various examples of welding methods according to the invention
  • FIG. 12 and 13 embodiments of an input and / or output device of a welding system according to the invention.
  • a welding apparatus 1 for a variety of processes or processes, such as MIG / MAG welding or TIG / TIG welding or electrode welding process, double wire / tandem welding process, plasma or soldering, etc., is 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., Between a gas storage 9 and a welding torch 10 and a burner is arranged.
  • a wire feed device 11 which is customary for MIG / MAG welding, are controlled, via a supply line 12, a filler material or a welding wire 13 from a storage drum 14 and a wire reel in the region of the welding torch 10 is supplied.
  • the wire feeder 11 as is known from the prior art, is integrated in the welding device 1, in particular in the base housing, 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, wherein a non-consumable electrode is preferably arranged in the welding torch 10, as is customary in TIG / TIG welding.
  • the current for building up an arc 15, in particular a working arc, between the non-consumable electrode, not shown, and a workpiece 16 is supplied via a welding line 17 from the power section 3 of the power source 2 to the welding torch 10, in particular the electrode, wherein the to be welded Workpiece 16, which is formed of several parts, via a further welding line 18 also with the welding apparatus 1, in particular with the power source 2, is connected and thus can be constructed via the arc 15 and the plasma jet formed for a 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 further has 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.
  • 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 from this the individual components of the welding system or the welding device 1 are subsequently controlled or corresponding setpoint values for regulation or control are 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 can be designed as an air-cooled welding torch 10.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a welding process according to the invention with reference to the diagrams 27 to 30, which schematically show the time profiles of the welding voltage U, the welding current I, the wire feed speed V and the movements or positions of the exit-side end of the welding wire 13 relative to the workpiece 16.
  • a consumable electrode or a welding wire 13 is used.
  • the ignition of the arc 15 can be effected by any desired method, for example in the manner of the "lift-arc principle" known from the prior art, in which an open circuit voltage is applied to the welding wire 13 during an ignition phase 31. Subsequently, the welding wire 13 becomes until the contacting of the workpiece 16 in the direction of the workpiece 16, whereupon the resulting short circuit is broken in a short-circuit phase by reversing the conveying direction of the welding wire 13.
  • the Domündung of the arc 15 can in the so-called High-frequency ignition also via a high-frequency voltage signal (not shown).
  • a first short stabilization phase 34 with increased heat input (as shown by dashed lines) over a defined period of time and then constructed by cyclically recurring welding process phases welding process is performed.
  • This has the advantage that a stabilization of the arc 15 and / or a heating of the workpiece 16 or molten bath is provided by this short stabilization phase 34 with high heat input.
  • the welding wire 13 is heated by the stabilizing phase 34, and thereby the subsequent welding process can begin with preheated welding wire 13, thereby substantially improving the welding quality.
  • the actual welding process according to the invention, a cold-metal transfer welding process, hereinafter referred to as CMT process is performed.
  • CMT process the welding wire 13 is conveyed in the process phase referred to herein as the arc phase 36 until it contacts the workpiece 16.
  • the welding wire 13 melts, so that droplet formation, that is to say a drop 37, occurs at the end of the welding wire.
  • the welding current and / or the welding voltage in the arc phase 36 is controlled such that no droplet detachment takes place and at the time 38 a short circuit occurs, which initiates the short-circuit phase 39.
  • the wire feed is reversed, so that the welding wire 13 until the opening of the short circuit, ie the formation of the arc 15, and / or the defined distance 33 and / or a defined period of time from the workpiece 16 is fed back.
  • the arc phase 36 occurs again at the time 35, whereupon the direction of movement of the welding wire 13 at a top dead center 32 is again reversed and the welding wire 13 is moved in the direction of the workpiece 16.
  • the welding wire 13 thus performs an alternating movement in the direction of the workpiece 16 and away from the workpiece 16 during the welding process.
  • the wire feeder 11 is substantially controlled so that a negative signal or a backward conveying of the welding wire 13 during the short-circuit phase 39, and then an arc 15 is established, and a positive signal or a forward conveying of the welding wire 13 in the direction of the workpiece 16 takes place during the arc phase 36, in which the heating or melting of the welding wire 13 takes place for droplet formation.
  • the control of the direction of movement of the welding wire 13, however, does not necessarily correlate with the occurrence of the arc phase 36 or the short-circuit phase 39, since the arc phase 36 can already take place during a backward movement of the welding wire 13 through targeted heat input via the regulation of the current level in the welding circuit. Thus, even with an existing arc 15, the welding wire 13 can continue to be conveyed away from the workpiece 16 up to a defined time or distance.
  • the droplet detachment takes place in such a way that, after reaching the dead center 32, a forward movement of the welding wire 13 takes place until it comes into contact with the workpiece 16. Due to the surface tension of the drop 37 on the welding wire 13 and in the molten bath and other known physical effects acting this is solved by the welding wire 13. By the backward movement of the welding wire 13, the reignition of the arc 13 is favored.
  • an increase, in particular a pulse-like increase of the welding current I during the short-circuit phase 39 (not shown) can be carried out.
  • the arc phase 36 and the short-circuit phase 39 alternate periodically in the exemplary embodiment shown.
  • a movement frequency 40 preferably in the range between 1 Hz and 150 Hz, in particular between 30 Hz and 70 Hz, with which the short-circuit phases 39 and arc phases 36 occur and at least one further welding parameter, such as the material thickness, is set at the welder 1, whereby the number of shorts or short-circuiting phases 39, per second is defined.
  • the duration of the periodic arc phases 36 and short-circuit phases 39 can be defined based on the set movement frequency 40. In the following examples, the period corresponding to the movement frequency 40 has been schematically drawn.
  • the voltage U or the current I is raised to a first level after the time 35 has been exceeded.
  • this level can be set as the working level, which is kept constant during the entire arc phase 36 and the short-circuit phase 39 or runs according to a welding process profile.
  • the welding current I has a first component, the working current 41, and at least one further component, the basic current 42, which ensures reliable reignition of the electric arc 15.
  • the base current 42 is preferably relatively small compared to the operating current 41, wherein the current strength of the working current 41 may be, for example, 1.5 to 10 times, in particular 4 to 8 times, higher than the current intensity of the base current 42.
  • the base current 42 can be, for example, 5 A to 50 A, in particular about 10 to 30 A, while the working current 41 can be, for example, 50 A to 500 A.
  • the number of short circuits per second is defined by the set movement frequency 40.
  • a period duration 43 can be determined, which is then divided by the control device 4 on the basis of stored values or by a stored calculation module to a time duration 44 for the arc phase 36 and a time duration 45 for the short-circuit phase 39.
  • the duration 44 and the duration 45 may be approximately kept constant.
  • the time periods 44 and 45 can be readjusted accordingly due to the actual welding process states, so that the corresponding number of short circuits within one second or corresponding to the defined time 38 within the period 43 is always reached a short circuit.
  • the user In order to be able to carry out a welding process, the user must set at least one further welding parameter in addition to the movement frequency 40, so that the control device 4 can determine the remaining further required welding parameters, such as the welding current I, the wire feed speed V, etc., based on these at least two parameters and can control or control the welding process in such a way that the short circuits or the short circuit phases 39 are achieved in accordance with the set movement frequency 40.
  • the control device 4 can determine the remaining further required welding parameters, such as the welding current I, the wire feed speed V, etc., based on these at least two parameters and can control or control the welding process in such a way that the short circuits or the short circuit phases 39 are achieved in accordance with the set movement frequency 40.
  • the control device 4 can determine the remaining further required welding parameters, such as the welding current I, the wire feed speed V, etc., based on these at least two parameters and can control or control the welding process in such a way that the short circuits or the short circuit phases 39 are achieved in accordance with the
  • the distance of the welding wire is during the arc phase 36 '33 kept constant to the workpiece 16 and the length of the arc 15 13, so that during the arc phase 36, in particular at least over a large part of the time period 44 for the arc phase 36 the wire feed speed V is adjusted to the melting rate of the welding wire 13 to form the drop.
  • a constant wire feed speed V is preferably selected and the welding current I controlled accordingly, so that a constant length of the arc 15 or a constant distance 33 of the welding wire 13 to the workpiece 16 results.
  • another parameter, in particular the welding current I used as a constant and the other parameters can be controlled.
  • the welding parameters in particular the working current 41 and / or the wire feed speed V, are regulated accordingly by the control device 4.
  • the regulation of the working current 41 and the Wire feed speed V is effected by adjusting the working flow 41 to the size of the drop 37 or the amount of additional material to the parameters set in addition to the movement frequency 40, in particular the material thickness, wherein the wire feed speed V during the period 46 to a certain value , which is adapted to the melting rate of the welding wire 13, is kept constant.
  • the control is kept simple or the utilization of the control device, in particular the microprocessor load is reduced.
  • a constant additional material introduction results, whereby an improved appearance is achieved by the defined appearance of the weld seam.
  • the defined initiation of the short circuit within a period of time 47 in the arc phase 36 is preferably carried out by increasing the wire feed speed V, as is shown schematically in the diagram 29. As a result, the distance 33 to the workpiece 16 is correspondingly reduced until a short circuit occurs.
  • the welding current I or the operating current 41 is lowered to a low value or reduced to zero in order to hold the drop formed during the period 46 on the welding wire 13 and not to pass it uncontrolled into the molten bath.
  • the arc pressure is reduced to a minimum as the distance 33 between electrode or welding wire 13 and workpiece 16 becomes ever smaller. This advantageously has the effect that the contact of the welding wire 13 with the workpiece 16 can not lead to any centrifuging of the droplet 37 or liquefied material, whereby a continuous transition from the arc phase 36 into the short-circuit phase 39 and a strong reduction, up to avoidance, the spatter is achieved.
  • the increase of the wire feed speed V and the lowering of the working current 41 causes the short circuit to occur exactly at the time 38, ie at the end of the arc phase 36, which is defined by the set movement frequency 40.
  • the Wire feed speed V of the arc phase 36 is maintained within the period 46, and only the welding current I or working current 41 is lowered.
  • this requires a longer time 47 to form the short circuit. This procedure is usually only used when a very low movement frequency 40 is set or less material is to be melted off, so that the time duration 46 can be reduced.
  • the short circuit at time 35 is opened by a backward movement of the welding wire 13, that is to say the short-circuit phase 39. This completes a period with the period 43.
  • a renewed ignition of the arc 15 when lifting the welding wire 13 from the workpiece 16 a new period with the period 43 is initiated.
  • FIG. 3 shows a further variant of the method in which the length of the arc 15 is monitored in relation to the distance 33.
  • the control device 4 By monitoring the length of the arc 15, for example by evaluating the known welding parameters welding current I and welding voltage U by the control device 4, irregularities on the surface of the workpiece 16 can be detected.
  • the welding parameters such as welding current I or wire feed speed V, an undefined short circuit, before or after time 38, can be avoided.
  • the wire feed speed V is reduced until the defined length of the arc 15 is reached again (time 51). Subsequently, or at the time 51, the wire feed speed V is raised again to the original, predetermined by the control device 4, constant value.
  • the short-circuit phase 39 is initiated at the right time 38 and the defined by the movement frequency 40 period 43 met.
  • the arc length correction can also be performed on the welding torch by the welding torch 10 is moved away from the workpiece 16 after detection of a survey 48 on the workpiece 16 and thus in turn the desired length of the arc 15 is produced.
  • Such arc length monitoring can also be performed in other embodiments, such as in Fig. 2 or the following figures 4 to 11, in addition.
  • FIGS. 4 to 7 show exemplary embodiments of the CMT process with variable welding parameters taking into account the predetermined movement frequency 40.
  • the welding parameters during the arc phase 36, to achieve the movement frequency 40 are not kept constant, but for example, a rising or falling course, according to a predetermined profile, may have.
  • the length of the arc 15 or the distance 33 from the end of the welding wire 13 to the workpiece 16 can change during the arc phase 36.
  • the wire feed speed V is increased by an increasing ramp function or by an increasing profile control until reaching the short circuit at time 38, whereby the end of the welding wire 13 continuously to Workpiece 16 moves.
  • the welding current I or operating current 41 drops to a low value or zero in the arc phase 36 after a falling ramp function or by a falling profile control until the short circuit occurs at the time 38.
  • the initiation of the short circuit according to the time period 47 already takes place at the beginning of the arc phase 36, since the time duration 46, during which the distance 33 is kept constant, disappears due to the continuous approach of the welding wire 13 to the workpiece 16.
  • the duration 44 of the arc phase 36 in the period 43 is identical to the time 47.
  • the operating current 41 can run during the arc phase 36 after a rising ramp function or by means of a rising profile regulation during the time period 46 and be lowered to a low value or to zero during initiation of the short circuit during the time period 47.
  • the wire feed speed V also after a rising ramp function or based on a rising Profile control increased until reaching the short circuit at time 38.
  • the distance 33 is kept approximately constant during the period 46 until the initiation of the short circuit, since the rising wire feed speed V is compensated by the higher melting rate of the welding wire 13 due to the increasing operating current 41.
  • the welding current I can be kept constant at the level of the operating current 41 for a certain period of time 56, the wire feed speed V running up to the time 38 of the short circuit after an increasing ramp function or with the aid of a rising profile control.
  • an early initiation of the short circuit takes place, in which case, as already known, the working current 41 is lowered during the time period 47.
  • the working current 41 is lowered during the time period 47.
  • only a low melting rate is caused during the period 47 or the droplets 37 are kept in the liquid state.
  • FIG. 7 shows a triangular course of the welding current I or operating current 41 and the wire feed speed V during the arc phase 36, wherein the working current 41 increases or decreases in steps.
  • the working current 41 and the wire feed speed V increase during the period 46 and the distance 33 or the length of the arc 15 is kept constant. Subsequently, by the falling wire feed speed V during the period 47, a gradual introduction of the short circuit, which occurs at the defined time 38.
  • a particularly advantageous application for the regulation as a function of the arc length lies in the application in the hand Welding, since the dithering movements of the welder are automatically compensated by the control device 4.
  • the CMT process can be performed with the set movement frequency 40.
  • FIGS. 8 and 9 show time profiles of different process variants for changing the heat input into the workpiece 16.
  • the temperature of the molten bath and the amount of filler material is controlled. This is done, for example, by an adjustable heat input at the welding device 1.
  • the duration of the arc phase 36 is determined, since here the amount of additive material and the heat input into the workpiece 16 is determined on the basis of the length or time of the upcoming arc 15. For example, as shown in FIG.
  • a scale of 1 to 100 may be set for the heat input, with a heat input of 50 means that the duration of the arc phase 36 and the duration of the short-circuit phase 39 are the same. If the value for the heat input is chosen to be greater than 50, the duration of the arc phase 36 increases compared to the duration of the short-circuit phase 39. Conversely, if the value is chosen to be smaller than 50, the duration of the arc phase 36 decreases and the duration of the short-circuit phase increases 39th
  • FIG. 8 shows simplified schematic representations of the ratio of arc phase 36 to short-circuit phase 39 in the period 43 in the form of diagrams, different values for heat input into workpiece 16 being selected for the individual diagrams.
  • the value 50 is chosen for the heat input
  • the value 75 and in the diagram 59 the value 25 is selected, resulting in a corresponding duration for the arc phase 36 and short-circuit phase 39 results.
  • a method variant in a simplified schematic representation is shown in which the manually set on the welding device 1 heat input automatically from the Control device 4 is adapted to the material of the workpiece 16.
  • the periods 43 and 45 result in different periods 44 and 45 for the arc phase 36 and the short-circuit phase 39, the period durations 43 remaining unchanged.
  • the heat input into the workpiece 16 is automatically changed by the variable duration 44 of the arc phase 36. This is done, for example, such that the temperature of the workpiece 16 is monitored, whereby incorrectly set values for the heat input can be compensated.
  • the welding process is started with the set value 75 for the heat input and the resulting ratio of arc phase 36 to short-circuit phase 39 after the ignition phase 31 with the period 43.
  • the temperature of the workpiece 16 for example by means of temperature sensors or thermal imaging cameras, are detected, whereupon the control device 4 accordingly increases or decreases the value for the heat input or the duration of the arc phase 36 or the time 44 during the welding process.
  • a new ratio of arc phase 36 to short-circuit phase 39 is established.
  • the heat input into the workpiece 16 may be reduced by a shortened arc phase 36 over one or more period durations 43.
  • the value for the heat input is automatically adjusted accordingly by the control device 4. This occurs, for example, in that the value for the heat input manually set on the welding apparatus 1 is set by the control device 4 and thus increased again, as shown at the time 61. Furthermore, the welding device, in particular the welding current I and the wire feed speed V, are adjusted by the control device 4 in accordance with the set ratio of the arc phase 36 to the short-circuit phase 39.
  • a certain ratio of the duration of the arc phase 36 to the duration of the short-circuit phase 39 while for example, 2/3 arc phase and 1/3 short-circuit phase, defined by the control device and the position or scale 50 are assigned, wherein when adjusting the value then, for example, a percentage change in the ratio is made.
  • a corresponding regulation for adapting the arc phase 36 and the short-circuit phase 39 can additionally take place during special circumstances in the welding process, such as in the unforeseen occurrence of a short circuit to reach the set movement frequency 40 or to return the CMT process to the predefined period lengths 43.
  • the heat input into the workpiece 16 can also be controlled via the welding current I or the working current 41. If, for example, more heat input into the workpiece 16 is required, the operating current 41 can be correspondingly increased during the period 46 of the arc phase 36, the time period 44 for the arc phase 36 remaining unchanged. Accordingly, a reduction of the operating current 41 during the period 44 in the arc phase 36 leads to a reduction of the heat input into the workpiece 16.
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment in which an undefined short circuit, as caused for example by molten bath movements and / or dithering during manual welding, occurs during the arc phase 36 (time 62).
  • an undefined short circuit as caused for example by molten bath movements and / or dithering during manual welding, occurs during the arc phase 36 (time 62).
  • the arc phase 36 is interrupted and the time duration 44 is correspondingly shortened, as a result of which the defined short-circuit does not take place at time 38.
  • the undefined short circuit at the time 62 is detected by the control device 4, whereby the working current 41 is abruptly lowered to the base current 42 and the wire feed speed V is reversed. or the welding wire 13 is pulled away from the workpiece 16.
  • the controller 4 initiates the following short-circuit phase 39 with the predefined time duration 45 and the stored welding parameters, such as the base current 42 and the constant wire feed speed V.
  • the defined by the set movement frequency 40 period 43 is exceeded.
  • the control device 4 calculates an extended arc phase 36 with the corresponding time duration 44 and adjusts the welding parameters, in particular the welding current I and the wire feed speed V.
  • the extended arc phase 36 occurs, which has a longer duration 44.
  • the operating current 41 and the wire feed speed are kept constant at a lower value, whereby the same amount of additive material and heat input is achieved, as was the case at the preset and constant arc phase 36 before the undefined short circuit at time 62 by the control device 4.
  • the next short circuit is selectively initiated in the following time period 47. This is done, as already known, by lowering the operating current 41 and increasing the wire feed speed so that the next short circuit and the subsequent short circuits again occur at the time points 38 defined at the beginning of the welding process.
  • Fig. 11 an embodiment is shown, in which the period 43 and the time period 45 is extended, as may be the case, for example, with dithering during manual welding.
  • the droplet detachment in the short-circuit phase 39 following an arc phase 36 may be unintentionally delayed by dithering movements, as shown in the time period 45 beginning at the time 64. This results in a longer period 43.
  • the following arc phase 36 and short-circuit phase 39 find with the of the control device 4 instead of predefined time periods 44 and 45, wherein the period 43 is delayed by the extended short-circuit phase 39 in time to the rear.
  • the short circuit introduced in the arc phase 36 does not occur at the point in time 38 defined by the movement frequency 40 set at the beginning of the welding process, but at a delayed point in time 65.
  • a shortened arc phase 36 or time duration 44 calculated by the control device 4, which starts at the point in time 66 follows.
  • the welding parameters in particular the welding current or the working current 41 and the wire feed speed, are increased in the time period 46 such that the amount of additive material and the heat input in the shortened period of time 46 remain unchanged compared to an arc phase 36 with the predefined time periods 44 and 46, respectively.
  • Short circuit rasters as described in FIGS. 10 and 11, are solved in such a way that the short-circuit grid and the welding process profile calculated by the control device 4 are restarted, ie a reset takes place. This can be done, for example, after a period 43, ie at the beginning of an arc phase 36, or directly after the occurrence of an undefined short circuit.
  • the regulation takes place To maintain the movement frequency 40 preferably in the arc phases 36, since here the heat input or the melt bath temperature and the amount of filler material can be controlled or controlled in an advantageous manner.
  • an altered time period 44 or 45 is compensated by the subsequent time period 44 or 45 or process phase, for which purpose a higher processor performance or a higher control engineering effort is required.
  • weld spatter By the targeted lowering of the welding current or the working current 41 in the arc phase 36 to initiate the short circuit or the short-circuit phase 39 weld spatter can be avoided.
  • An essential advantage of the movement frequency control is that the vibrations of the molten bath can be influenced, in particular the oscillation can be compensated or amplified. For example, at a low frequency of movement 40, the inherent vibration of the molten bath is kept low, resulting in a quiet molten bath with low spatter. Conversely, an increase in the frequency of movement 40 causes the intrinsic vibration of the molten bath to be increased, resulting in better gap bridging.
  • a large number of welding parameters are required for a welding process, which are set directly at the welding device 1 or are calculated and controlled indirectly by the control device 4.
  • at least two parameters, the movement frequency 40 and at least one further welding parameter, such as, for example, the material are set directly by the operator on the welding device 1. All further welding parameters are detected by the control device 4 and / or calculated and adjusted.
  • an input and / or output device 22 is shown in FIG. 12, wherein the set welding parameters are transmitted to the control device 4 of FIG Welding device 1 are forwarded so that from this a corresponding welding process can be controlled or regulated.
  • two rotary knobs 68, 69 are arranged in the embodiment shown, with the rotary knob 68, the movement frequency 40 and the rotary knob 69, the material and its thickness can be adjusted.
  • the movement frequency 40 of the welding wire 13 is set on a scale of 0 Hz to 150 Hz, wherein the movement frequency 40 defines the number of short circuits per second.
  • a display 70 is arranged on the input and / or output device 22, which information about the calculated by the control device 4 welding parameters, such as welding current, wire feed speed, etc., is.
  • the buttons 71 which are arranged on the input and / or output device 22, it can be switched over which welding parameter is to be displayed on the display 70.
  • light-emitting diodes 72 and abbreviations for the welding parameters, for example A for the welding current are arranged on the input and / or output device 22 below the display 70.
  • the light-emitting diodes 72 thus indicate the welding parameter whose value is shown in the display 70.
  • the control device 4 may adjust several welding parameters, from which the welding process profile is calculated by the control device 4.
  • an additional knob 73 is arranged, via which the heat input into the workpiece 16 on the input and / or output device 22 can be adjusted.
  • the rotary knob 73 may, for example, a scale for the value of the heat input of 1 to 100, wherein the value, for example, determines the time duration for the arc phase 36 and ⁇ ch bulkstrom assume.
  • the user can specify any number of welding parameters, in particular the welding current I, the welding voltage U, the welding wire diameter, the wire feed speed V, etc., from which the control device 4 calculates the welding process profile.
  • These settings can be stored, for example, with one of the buttons 71.
  • the user it is also possible for the user to change the values of a welding parameter displayed via the display 70 at any time, whereupon a correction for the further welding parameters is carried out by the control device 4, in order in turn to reach the set movement frequency 40.
  • a touch screen or other input and / or output devices 22 known from the prior art to be used instead of the illustrated input and / or output device 22.
  • a wide variety of characteristic curves can be stored in a database in the welding machine 1, or the individual values can be calculated by means of corresponding calculation methods.
  • the welding parameters in particular the movement frequency 40 and the heat input into the workpiece 16, can also be set or changed via a remote controller integrated in the welding torch 10. This is advantageously used in manual welding processes, since here, in particular during a welding process, the welding parameters can be adapted quickly, unless this is controlled automatically by the control device 4.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Kalt-Metall-Transfer-Schweißverfahren, bei dem der Schweißprozess durch zyklische Abwechslung einer Lichtbogenphase (36) und einer Kurzschlussphase (39) definiert ist, wobei während einer Lichtbogenphase (36) ein Schweißdraht (13) bis zur Berührung mit dem Werkstück (16) in Richtung Werkstück (16) bewegt wird, anschließend nach Bildung eines Kurzschlusses während der Kurzschlussphase (39) die Drahtförderung umgekehrt und der Schweißdraht (13) vom Werkstück (16) wegbewegt wird, wobei der Schweißstrom (I) und/oder die Schweißspannung (U) während der Lichtbogenphase (36) derart geregelt wird, dass der Schweißdraht (13) angeschmolzen und ein Tropfen gebildet wird und dass während der Kurzschlussphase (39) ein Öffnen des Kurzschlusses über den Schweißstrom (I) unterbunden wird sowie eine Schweißanlage zur Durchführung dieses Schweißverfahrens. Um mit einer möglichst geringen Anzahl von Einstellungen optimale Schweißergebnisse erzielen zu können, ist vorgesehen, dass als Einschweißparameter über ein Steuerorgan eine Bewegungsfrequenz (40) des Schweißdrahtes (13), mit welcher die Anzahl der Lichtbogenphasen (36) und Kurzschlussphasen (39) pro Sekunde definiert wird, und zumindest ein weiterer Schweißparameter eingestellt werden, und von einer Steuervorrichtung (4) alle weiteren erforderlichen Schweißparameter zur Erzielung der vorgegeben Bewegungsfrequenz (40) ermittelt und eingestellt und geregelt werden.

Description

Kalt-Metall-Transfer-Schweißverfahren sowie Schweißanlaσe
Die Erfindung betrifft ein Kalt-Metall-Transfer-Schweißverfahren, im Folgenden CMT-Prozess genannt, bei dem der Schweißpro- zess durch zyklische Abwechslung einer Lichtbogenphase und einer Kurzschlussphase definiert ist, wobei während einer Lichtbogenphase ein Schweißdraht bis zur Berührung mit dem Werkstück in Richtung Werkstück bewegt wird, anschließend nach Bildung eines Kurzschlusses während der Kurzschlussphase die Drahtförderung umgekehrt und der Schweißdraht vom Werkstück wegbewegt wird, wobei der Schweißstrom und/oder die Schweißspannung während der Lichtbogenphase derart geregelt wird, dass der Schweißdraht angeschmolzen und ein Tropfen gebildet wird, und dass während der Kurzschlussphase ein Öffnen des Kurzschlusses über den Schweißstrom unterbunden wird, wobei zur Festlegung des Schweißprozesses Schweißparameter eingestellt werden.
Üblicherweise wird beim Kalt-Metall-Transfer-Schweißverfahren nach der Kurzschlussphase der Schweißdraht bis zum Öffnen des Kurzschlusses und/oder einem definierten Abstand vom Werkstück und/oder über eine definierte Zeitdauer vom Werkstück wegbewegt.
Weiters betrifft die Erfindung eine Schweißanlage mit einem Schweißgerät, zumindest einer Steuervorrichtung mit einem Speicher für Betriebsdaten bzw. Programme, einer Stromquelle, einem Drahtvorschubgerät zur Förderung eines Schweißdrahtes, einem am Schweißgerät anschließbaren Schweißbrenner und einer Ein- und/oder Ausgabevorrichtung mit zumindest zwei Steuerorganen zum Einstellen von Schweißparametern.
Aus der EP 1 384 546 A2 ist ein Verfahren zum Steuern einer Schweißstromquelle bekannt, bei dem die Wellenform des Schweißstromes zumindest einen Lichtbogen-Anteil und einen Kurzschluss- Anteil aufweist. Während des Schweißprozesses wird eine Kurzschlussphase durch Bewegung des Schweißdrahtes bis zur Berührung des Werkstücks eingeleitet und eine Lichtbogenphase durch Rückbewegung 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 Kurzschlussphase ein hoher Strom über den Schweißdraht und das Werkstück fließt. Der betragsmäßig niedrigere Lichtbogen-Anteil des Schweißstromes wird beim Zurückbewegen des Schweißdrahtes unter Bildung des Lichtbogens angelegt. Die Wellenform des Schweißstroms und die Rückbewegung des Schweißdrahtes, welche mehrere unterschiedliche Phasen aufweisen, sind entsprechend koordiniert. Nachteilig ist dabei, dass die Dauer der Lichtbogenphase und der Kurzschlussphase, welche einander periodisch abwechseln, nicht direkt am Schweißgerät, sondern nur indirekt über Schweißparameter, wie Schweißstrom, Drahtvorschubgeschwindigkeit, usw. eingestellt werden kann.
Aus der DE 197 38 785 Al ist eine elektronische Schweißenergiequelle bekannt, mit der ein Schweißprozess durchgeführt werden kann, bei dem eine Lichtbogenphase und eine Kurzschlussphase zyklisch abgewechselt werden. Die neue Einstellung der Schweißparameter zur Festlegung des Schweißprozesses ist jedoch relativ aufwendig und erfordert meist entsprechendes Wissen der bedienenden Person.
Die US 2002/0153363 Al beschreibt ein Schweißverfahren, bei dem die Abschmelzrate des Schweißdrahtes geregelt werden kann. Die Definition des Schweißprozesses erfordert jedoch auch hier, wie bei anderen Schweißprozessen des Standes der Technik, die Einstellung einer großen Anzahl von Schweißparametern am Schweißgerät und somit die entsprechende Kenntnis des Schweißers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines oben genannten Schweißverfahrens und einer Schweißanlage, mit welchen mit einer möglichst geringen Anzahl von Einstellungen am Schweißgerät das komplexe Zusammenspiel der einzelnen Schweißparameter für optimale Schweißergebnisse und optimale Qualität der Schweißnaht genutzt werden kann. Unabhängig von den Prozesszuständen sollen gleichbleibende Ergebnisse erzielt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch gelöst, dass als ein Schweißparameter über ein Steuerorgan eine Bewegungsfrequenz des Schweißdrahtes, mit welcher die Anzahl der Lichtbogenphasen und Kurzschlussphasen pro Sekunde definiert wird und zumindest ein weiterer Schweißparameter eingestellt werden, und von einer Steuervorrichtung alle weiteren erforderlichen Schweißparameter zur Erzielung der vorgegeben Bewegungsfrequenz ermittelt und eingestellt und geregelt werden. Die Bewegungsfrequenz gibt also die Anzahl der Perioden, welche jeweils aus einer Lichtbogenphase und einer Kurzschlussphase gebildet werden, pro Sekunde an. Der Benutzer stellt diese Bewegungsfrequenz und mindestens einen weiteren Schweißparameter ein, worauf aus diesen Angaben von der Steuervorrichtung automatisch alle weiteren erforderlichen Schweißparameter, wie Schweißstrom und Drahtvorschubgeschwindigkeit, ermittelt und eingestellt und geregelt werden, damit die eingestellte Bewegungsfrequenz während des Schweißverfahrens eingehalten wird. Für den Benutzer sind keine besonderen Schweißkenntnisse erforderlich. Damit wird auch eine sehr schnelle und bedienerfreundliche Einstellmöglichkeit geschaffen. Ebenso wird dadurch eine regelmäßige Einbringung des Zusatzmaterials ins Schmelzbad gewährleistet, wodurch eine definierte Schweißnaht und somit ein verbessertes Erscheinungsbild der Werkstückverbindung erreicht wird. Trotz Störungen während des Schweißprozesses, beispielsweise bei einer Lichtbogenlängenänderung, kann eine gleichbleibende Bewegungsfrequenz und damit eine konstante Schweißqualität, insbesondere eine konstante Schweißnahtbreite, erzielt werden. Wichtige Parameter sind weiter der Schweißstrom und die Drahtvorschubgeschwindigkeit.
Zusätzlich zur Bewegungsfrequenz können insbesondere die Materialstärke, der Durchmesser des Schweißdrahtes oder die Abschmelzrate eingestellt werden.
Vorteilhafterweise werden während der Lichtbogenphase über eine definierte Zeitdauer zur Bildung des Tropfens am Schweißdraht Schweißparameter, wie beispielsweise der Schweißstrom und/oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit, derart geregelt, dass bei konstanter Drahtvorschubgeschwindigkeit ein konstanter Abstand des Schweißdrahtes zum Werkstück, welcher der Länge des Lichtbogens zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück entspricht, erzielt werden. Somit muss in einfacher Weise beispielsweise nur - A - mehr der Schweißstrom entsprechend gesteuert und geregelt werden, da der Zeitpunkt des nächsten Kurzschlusses durch die eingestellte Bewegungsfrequenz bekannt ist und dieser somit in einfacher Weise von der Steuervorrichtung des Schweißgerätes eingeleitet werden kann.
Wenn während der Lichtbogenphase zur Einleitung der Kurzschlussphase der Schweißstrom abgesenkt wird, sodass der Tropfen des Schweißdrahtes ohne weiterem Anschmelzen des Schweißdrahtes in verflüssigtem Zustand gehalten wird, kann die Kurzschlussphase gezielt eingeleitet und können dadurch Schweißspritzer vermieden werden. Durch das bewusste Absenken des Schweißstromes vor der Einleitung der Kurzschlussphase wird der Lichtbogendruck reduziert, wodurch es beim Kontakt des Schweißdrahtes mit dem Werkstück zu keinem Abschleudern des Tropfens an verflüssigtem Material kommen kann und somit ein kontinuierlicher Übergang erreicht wird.
Wenn während der Lichtbogenphase zur Einleitung der Kurzschlussphase, insbesondere während oder nach dem Absenken des Schweißstromes, die Drahtvorschubgeschwindigkeit erhöht wird, um die Länge des Lichtbogens zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück bis zum Kurzschluss zu reduzieren, kann der Kurzschluss schneller erreicht und dadurch die Dauer zur Bildung des Kurzschlusses verringert werden. Dadurch kann die Zeitdauer für die Lichtbogenphase erhöht und somit mehr Zusatzmaterial aufgeschmolzen werden.
Wird die Länge des Lichtbogens zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück während der Lichtbogenphase überwacht und werden Änderungen der Lichtbogenlänge über die Schweißparameter, insbesondere die Drahtvorschubgeschwindigkeit und den Schweißstrom derart geregelt, dass die Kurzschlussphase mit der eingestellten Bewegungsfrequenz eintritt, können Störungen an der Werkstückoberfläche, wie Vertiefungen oder Erhöhungen, erkannt und ausgeglichen werden, und ein frühzeitiges Einleiten der Kurzschlussphase vermieden werden.
Während der Kurzschlussphase können die Schweißparameter zur Veränderung der Dauer der Kurzschlussphase geregelt werden, sodass die anschließende Lichtbogenphase mit der eingestellten Bewegungsfrequenz eintritt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Temperatur des Schmelzbades und dadurch der Einbrand geregelt werden.
Wird zusätzlich zur Bewegungsfrequenz die Wärmeeinbringung in das Werkstück eingestellt, und das Verhältnis der Dauer der Kurzschlussphase zur Dauer der Lichtbogenphase und/oder ein Profil des Schweißstromes in Abhängigkeit der eingestellten Wärmeeinbringung festgelegt, kann beispielsweise der Verzug des Materials, welcher von der Wärmeeinbringung abhängt, verringert werden. Weiters können dadurch die Temperatur des Schmelzbads und der Einbrand eingestellt werden.
Vorteilhafterweise wird die Bewegungsfrequenz zwischen 1 Hz und 150 Hz, bevorzugt zwischen 30 Hz und 70 Hz, eingestellt. Dadurch wird eine besonders bedienerfreundliche Handhabung erreicht. Der Benutzer kann beispielsweise mit Hilfe von Tabellen rasch die für das jeweilige zu verarbeitende Werkstück optimale Bewegungsfrequenz herausfinden. Über die Bewegungsfrequenz kann auch das Aussehen der Schweißnaht beeinflusst werden.
Über die Bewegungsfrequenz des Schweißdrahtes kann die Frequenz der Schmelzbadschwingung gezielt beeinflusst werden. Durch Auswahl einer geringen Bewegungsfrequenz kann in einfacher Weise die Eigenschwingung des Schmelzbades stark reduziert werden, wodurch Schweißspritzer vermieden werden können. Ebenso kann durch eine Erhöhung der Bewegungsfrequenz die Eigenschwingung des Schmelzbades erhöht und dadurch in vorteilhafter Weise die Spaltüberbrückung verbessert werden. Somit kann mit der Einstellung der Bewegungsfrequenz eine gezielte Anregung der Schwingung des Schmelzbades erzwungen werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schweißparameter in Abhängigkeit eines definierten Profils der Länge des Lichtbogens bzw. der Schweißspannung ermittelt und eingestellt und geregelt werden. Dadurch kann beispielsweise eine höhere Abschmelzleistung erzielt werden.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine oben genannte Schweißanlage, bei der an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung ein Steuerorgan zum Einstellen einer Bewegungsfrequenz, mit welcher die Anzahl der Lichtbogenphasen und Kurzschlussphasen pro Sekunde definiert wird, angeordnet ist, und die Steuervorrichtung zur Durchführung eines Kalt-Metall-Transfer- Schweißverfahrens nach einem der oben genannten Merkmale ausgebildet ist. Durch das Steuerorgan zum Einstellen der Bewegungsfrequenz für den CMT-Prozess können automatisch viele der restlichen, erforderlichen Schweißparameter ermittelt und eingestellt und geregelt werden.
Das Steuerorgan zum Einstellen der Bewegungsfrequenz kann als Drehknopf ausgebildet sein. Neben oder auf dem Drehknopf kann eine beispielsweise von 1 bis 150 Hz reichende Skala angeordnet sein, wodurch auf einfache Weise die Einstellung ermöglicht wird bzw. Änderungen vorgenommen werden können. Durch entsprechende Gestaltung der Form und Größe des Drehknopfes kann eine einfache Bedienung auch dann ermöglicht werden, wenn der Schweißer Schweißhandschuhe trägt.
Ein Steuerorgan kann auch zum Einstellen des Materials und der Materialdicke als Drehknopf ausgebildet sein, allenfalls mit einer neben oder auf dem Drehknopf angeordneten und dem Material und der Materialdicke zugeordneten Skala. In vorteilhafter Weise werden mittels einer Position des Drehknopfes zwei Schweißparameter eingestellt.
An der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung kann auch ein Steuerorgan zum Einstellen eines Wertes für die Wärmeeinbringung ins Werkstück angeordnet sein, wodurch in einfacher Weise die Wärmeeinbringung ins Werkstück und die damit verbundene Temperatur des Schmelzbads eingestellt werden kann.
Das Steuerorgan zum Einstellen des Wertes für die Wärmeeinbringung ins Werkstück kann als Drehknopf ausgebildet sein, allenfalls mit einer neben oder auf dem Drehknopf angeordneten und der Wärmeeinbringung zugeordneten Skala, welche beispielsweise von 1 bis 100 reicht.
Zumindest ein Steuerorgan kann auch durch eine Anzeige mit einem Eingabefeld, insbesondere einen Touch-Screen gebildet sein. Dabei ist das Steuerorgan zum Einstellen der Bewegungsfrequenz, zumindest eines weiteren Schweißparameters und des Wertes für die Wärmeeinbringung vollständig oder teilweise softwaremäßig, und/oder mit Grafikunterstützung, über ein Eingabefeld ausgebildet. Dadurch kann auch ein exakter Wert für den entsprechenden Schweißparameter eingestellt werden.
Vorteilhafterweise ist auch ein Fernregeier zur Einstellung der Schweißparameter, insbesondere der Bewegungsfrequenz, und des Wertes für die Wärmeeinbringung, am Schweißbrenner angeordnet. Dadurch können auch während dem Schweißprozess die entsprechenden Schweißparameter geändert werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine exemplarische Darstellung eines Schweißgeräts;
Fig. 2 bis 7 die zeitlichen Verläufe der Schweißspannung, des Schweißstromes und der Drahtvorschubgeschwindigkeit und ein Bewegungsdiagramm für den Schweißdraht unter Einhaltung einer bestimmten Bewegungsfrequenz anhand verschiedener Beispiele erfindungsgemäßer Schweißverfahren;
Fig. 8 unterschiedliche Einstellungen für die Wärmeeinbringung ins Werkstück innerhalb einer vorgegebenen Periodendauer während eines erfindungsgemäßen Schweißverfahrens;
Fig. 9 die Regelung der Wärmeeinbringung entsprechend dem Material des Werkstücks innerhalb einer vorgegebenen Periodendauer während eines erfindungsgemäßen Schweißverfahrens;
Fig. 10 und 11 die zeitlichen Verläufe der Schweißspannung, des Schweißstromes und der Drahtvorschubgeschwindigkeit und ein Bewegungsdiagramm für den Schweißdraht anhand eines Undefinierten Kurzschlusses sowie anhand einer verlängerten Kurzschlussphase während erfindungsgemäßer Schweißverfahren; und
Fig. 12 und 13 Ausführungsbeispiele einer Ein- und/oder Ausgabevorrichtung einer erfindungsgemäßen Schweißanlage. In Fig. 1 ist ein Schweißgerät 1 für verschiedenste Prozesse bzw. Verfahren, wie z.B. MIG/MAG-Schweißen bzw. WIG/TIG- Schweißen oder Elektroden-Schweißverfahren, Doppeldraht/Tandem- Schweißverfahren, Plasma- 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 dergl., zwischen einem Gasspeicher 9 und einem Schweißbrenner 10 bzw. einem Brenner angeordnet ist.
Zudem kann über die Steuervorrichtung 4 noch ein Drahtvorschubgerät 11, welches für das MIG/MAG-Schweißen üblich ist, angesteuert werden, wobei über eine Versorgungsleitung 12 ein Zusatzwerkstoff bzw. ein Schweißdraht 13 von einer Vorratstrommel 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, wobei hierzu im Schweißbrenner 10 bevorzugt eine nicht abschmelzende Elektrode angeordnet ist, wie dies beim WIG/TIG-Schweißen üblich ist.
Der Strom zum Aufbauen eines Lichtbogens 15, insbesondere eines Arbeitslichtbogens, zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode, nicht dargestellt, und einem Werkstück 16 wird über eine Schweißleitung 17 vom Leistungsteil 3 der Stromquelle 2 dem Schweißbrenner 10, insbesondere der Elektrode, zugeführt, wobei das zu verschweißende Werkstück 16, welches 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 bzw. den gebildeten Plasmastrahl für einen Prozess 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 weist weiters eine Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 auf, über die 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 Schweißprogramme 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.
Weiters 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 WIG- Geräte oder MIG/MAG-Geräte oder Plasmageräte, nicht alle zuvor benannten Komponenten verwendet bzw. eingesetzt werden müssen. Hierzu ist es beispielsweise möglich, dass der Schweißbrenner 10 als luftgekühlter Schweißbrenner 10 ausgeführt werden kann.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schweißprozesses anhand der Diagramme 27 bis 30, welche die zeitlichen Verläufe der Schweißspannung U, des Schweißstroms I, der Drahtvorschubgeschwindigkeit V und der Bewegungen bzw. Stellungen des austrittsseitigen Endes des Schweißdrahtes 13 relativ zum Werkstück 16 schematisch dargestellt.
Beim dargestellten Schweißverfahren zum Steuern und/oder Regeln des Schweißgerätes 1 bzw. der Schweißstromquelle, wird eine abschmelzende Elektrode bzw. ein Schweißdraht 13 eingesetzt. 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-Arc-Prinzips", bei dem während einer Zündphase 31 eine Leerlaufspannung an den Schweißdraht 13 angelegt wird. Anschließend wird der Schweißdraht 13 bis zur Kontaktierung des Werkstücks 16 in Richtung Werkstück 16 gefördert, worauf der entstehende Kurzschluss in einer Kurzschlussphase durch Umkehr der Förderrichtung des Schweißdrahtes 13 aufgebrochen wird. Dadurch erfolgt die Bildung des Lichtbogens 15, wobei die Rückförderung des Schweißdrahtes 13 vom Werkstück 16 bis an einen oberen Totpunkt 32 zum Erreichen eines definierten Abstands 33 und/oder nach einer definierten Zeitdauer erfolgt. Der Strom ist in der Zündphase 31 in einer oder mehreren Stufe (n) derart begrenzt, dass ein Schmelzen des Schweißdrahtes 13 nicht erfolgen kann.
Die Erstzündung des Lichtbogens 15 kann bei der sogenannten Hochfrequenzzündung auch über ein hochfrequentes Spannungssignal erfolgen (nicht dargestellt) .
Nach dem Zünden des Lichtbogens 15 bzw. Erreichen des Abstandes
33 ist es auch möglich, dass vor dem eigentlichen Schweißprozess eine erste kurze Stabilisierungsphase 34 mit erhöhter Wärmeeinbringung (wie mit strichlierten Linien dargestellt) über eine definierte Zeitdauer und anschließend der durch zyklisch wiederkehrende Schweißprozessphasen aufgebaute Schweißprozess durchgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch diese kurze Stabilisierungsphase 34 mit hoher Wärmeeinbringung eine Stabilisierung des Lichtbogens 15 und/oder eine Erwärmung des Werkstückes 16 bzw. Schmelzbades geschaffen wird. Des Weiteren wird der Schweißdraht 13 durch die Stabilisierungsphase 34 erwärmt und dadurch kann der nachfolgende Schweißprozess mit vorerwärmtem Schweißdraht 13 beginnen, wodurch die Schweißqualität wesentlich verbessert wird.
Nach der Zündphase 31 und der allfälligen Stabilisierungsphase
34 erfolgt zum Zeitpunkt 35 der eigentliche Schweißprozess, wobei erfindungsgemäß ein Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess, im Folgenden CMT-Prozess genannt, durchgeführt wird. Beim CMT- Prozess wird der Schweißdraht 13 in der hierin als Lichtbogenphase 36 bezeichneten Prozessphase bis zur Berührung mit dem Werkstück 16 nach vor gefördert. In der Lichtbogenphase 36 erfolgt ein Anschmelzen des Schweißdrahts 13, sodass am Schweißdrahtende eine Tropfenbildung, also ein Tropfen 37, entsteht. Hierbei wird der Schweißstrom und/oder die Schweißspannung in der Lichtbogenphase 36 derart geregelt, dass keine Tropfenablösung erfolgt und zum Zeitpunkt 38 ein Kurzschluss eintritt, welcher die Kurzschlussphase 39 einleitet. In der Kurzschlussphase 39 wird die Drahtförderung umgekehrt, sodass der Schweißdraht 13 bis zum Öffnen des Kurzschlusses, d.h. der Bildung des Lichtbogens 15, und/oder dem definierten Abstand 33 und/oder eine definierte Zeitdauer vom Werkstück 16 zurückgefördert wird. Dadurch tritt zum Zeitpunkt 35 erneut die Lichtbogenphase 36 ein, worauf die Bewegungsrichtung des Schweißdrahts 13 an einem oberen Totpunkt 32 erneut umgekehrt wird und der Schweißdraht 13 in Richtung des Werkstücks 16 bewegt wird. Der Schweißdraht 13 führt also während des Schweißprozesses eine abwechselnde Bewegung in Richtung des Werkstückes 16 und vom Werkstück 16 weg durch. Das Drahtvorschubgerät 11 wird im Wesentlichen so gesteuert, dass ein negatives Signal bzw. eine Rückwärtsförderung des Schweißdrahtes 13 während der Kurzschlussphase 39 erfolgt, und anschließend ein Lichtbogen 15 aufgebaut wird, und ein positives Signal bzw. eine Vorwärtsförderung des Schweißdrahtes 13 in Richtung des Werkstücks 16 während der Lichtbogenphase 36 erfolgt, in der das Erhitzen bzw. Anschmelzen des Schweißdrahtes 13 zur Tropfenbildung erfolgt. Die Steuerung der Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes 13 muss jedoch nicht unbedingt mit dem Auftreten der Lichtbogenphase 36 bzw. der Kurzschlussphase 39 korrelieren, da die Lichtbogenphase 36 durch eine gezielte Wärmeeinbringung über die Regelung des Stromniveaus im Schweißkreis beispielsweise bereits während der Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 13 erfolgen kann. Es kann also auch bei bereits vorhandenem Lichtbogen 15 der Schweißdraht 13 weiterhin bis zu einem definierten Zeitpunkt bzw. Abstand vom Werkstück 16 weggefördert werden.
Die Tropfenablöse erfolgt derart, dass nach Erreichen des Totpunktes 32 eine Vorwärtsbewegung des Schweißdrahtes 13 bis zur Berührung mit dem Werkstück 16 erfolgt. Durch die Oberflächenspannung des Tropfens 37 am Schweißdraht 13 und im Schmelzbad und weiterer bekannter wirkender physikalischer Effekte wird dieser vom Schweißdraht 13 gelöst. Durch die Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 13 wird das Wiederzünden des Lichtbogens 13 begünstigt. Zur Unterstützung der Tropfenablöse kann eine Erhöhung, insbesondere eine impulsartige Erhöhung des Schweißstromes I während der Kurzschlussphase 39 (nicht dargestellt) durchgeführt werden. Für die Dauer des CMT-Prozesses wechseln einander die Lichtbogenphase 36 und die Kurzschlussphase 39 im gezeigten Ausführungsbeispiel periodisch ab.
Auf weitere, verfahrenstechnische Details des CMT-Prozesses wird an dieser Stelle nicht eingegangen, da dieser für Schweißprozesse mit konstanter und wechselnder Polarität des Schweißstromes 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 eine Bewegungsfrequenz 40, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Hz und 150 Hz, insbesondere zwischen 30 Hz und 70 Hz, mit welcher die Kurzschlussphasen 39 und Lichtbogenphasen 36 auftreten und zumindest ein weiterer Schweißparameter, wie beispielsweise die Materialstärke, am Schweißgerät 1 eingestellt wird, wodurch die Anzahl der Kurzschlüsse bzw. Kurzschlussphasen 39, pro Sekunde definiert ist. Damit kann die Dauer der periodischen Lichtbogenphasen 36 und Kurzschlussphasen 39 aufgrund der eingestellten Bewegungsfrequenz 40 definiert werden. Bei den nachfolgend angeführten Ausführungsbeispielen wurde die der Bewegungsfrequenz 40 entsprechende Periodendauer schematisch eingezeichnet.
Die Spannung U bzw. der Strom I wird nach dem Überschreiten des Zeitpunkts 35 auf ein erstes Niveau angehoben. Gegebenenfalls kann dieses Niveau als Arbeitsniveau festgelegt werden, das während der gesamten Lichtbogenphase 36 und der Kurschlussphase 39 konstant gehalten wird bzw. nach einem Schweißprozessprofil verläuft. Gemäß Diagramm 28 weist der Schweißstrom I einen ersten Anteil, den Arbeitsstrom 41, und zumindest einen weiteren Anteil, den Grundstrom 42, welcher ein sicheres Wiederzünden des Lichtbogens 15 gewährleistet, auf. Der Grundstrom 42 ist gegenüber dem Arbeitsstrom 41 bevorzugt verhältnismäßig klein, wobei die Stromstärke des Arbeitsstroms 41 beispielsweise um das 1,5 bis 10-fache, insbesondere das 4 bis 8-fache, höher als die Stromstärke des Grundstroms 42 sein kann. Der Grundstrom 42 kann beispielsweise 5 A bis 50 A, insbesondere ca. 10 bis 30 A, betragen, wogegen der Arbeitsstrom 41 beispielsweise 50 A bis 500 A betragen kann.
Erfindungsgemäß ist die Anzahl der Kurzschlüsse pro Sekunde durch die eingestellte Bewegungsfrequenz 40 definiert. Eine Bewegungsfrequenz 40 von beispielsweise 50 Hz entspricht daher 50 Kurzschlüssen pro Sekunde. Dadurch kann eine Periodendauer 43 ermittelt werden, die anschließend von der Steuervorrichtung 4 aufgrund von hinterlegten Werten bzw. durch ein hinterlegtes Berechnungsmodul auf eine Zeitdauer 44 für die Lichtbogenphase 36 und eine Zeitdauer 45 für die Kurzschlussphase 39 aufgeteilt wird. Die Zeitdauer 44 und die Zeitdauer 45 können annähernd konstant gehalten werden. Während des Schweißprozesses kann die Zeitdauer 44 und 45 aufgrund der tatsächlichen Schweißprozesszu- stände entsprechend nachgeregelt werden, sodass immer die entsprechende Anzahl von Kurzschlüssen innerhalb einer Sekunde oder entsprechend zum definierten Zeitpunkt 38 innerhalb der Periodendauer 43 ein Kurzschluss erreicht wird.
Um einen Schweißprozess durchführen zu können, muss der Benutzer zusätzlich zu der Bewegungsfrequenz 40 zumindest einen weiteren Schweißparameter einstellen, sodass aufgrund dieser zumindest zwei Parameter die Steuervorrichtung 4 die restlichen weiteren erforderlichen Schweißparameter, wie beispielsweise den Schweißstrom I, die Drahtvorschubgeschwindigkeit V, usw. ermitteln kann und den Schweißprozess derart regeln bzw. steuern kann, dass die Kurzschlüsse bzw. die Kurzschlussphasen 39 entsprechend der eingestellten Bewegungsfrequenz 40 erreicht werden. Beispielsweise ist es möglich, dass der Benutzer zur Bewegungsfrequenz 40 das Material des zu verarbeitenden Werkstücks 16 und/oder dessen Materialdicke einstellt.
Beim Beispiel gemäß Fig. 2 wird während der Lichtbogenphase 36 der Abstand '33 des Schweißdrahtes 13 zum Werkstück 16 bzw. die Länge des Lichtbogens 15 konstant gehalten, sodass während der Lichtbogenphase 36, insbesondere zumindest über einen Großteil der Zeitdauer 44 für die Lichtbogenphase 36, die Drahtvorschubgeschwindigkeit V an die Abschmelzrate des Schweißdrahtes 13 zur Bildung des Tropfens angepasst ist. Hierzu wird bevorzugt eine konstante Drahtvorschubgeschwindigkeit V gewählt und der Schweißstrom I entsprechend geregelt, sodass sich eine konstante Länge des Lichtbogens 15 bzw. ein konstanter Abstand 33 des Schweißdrahtes 13 zum Werkstück 16 ergibt. Selbstverständlich kann auch ein anderer Parameter, insbesondere der Schweißstrom I, als Konstante herangezogen und können die weiteren Parameter geregelt werden. Somit ergibt sich eine Zeitdauer 46, welche ein Teil der Zeitdauer 44 der Lichtbogenphase 36 ist, über die eine Anschmelzung des Schweißdrahtes 13 erfolgt und der Abstand 33 konstant gehalten wird. Dadurch werden die Schweißparameter, insbesondere der Arbeitsstrom 41 und/oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit V, von der Steuervorrichtung 4 entsprechend geregelt. Die Regelung des Arbeitsstromes 41 und der Drahtvorschubgeschwindigkeit V erfolgt dadurch, dass der Arbeitsstrom 41 an die Größe des Tropfens 37 bzw. die Zusatzmaterialmenge an die zusätzlich zur Bewegungsfrequenz 40 eingestellten Parameter, insbesondere die Materialstärke, angepasst bzw. geregelt wird, wobei die Drahtvorschubgeschwindigkeit V während der Zeitdauer 46 auf einem gewissen Wert, welcher der Abschmelzrate des Schweißdrahtes 13 angepasst ist, konstant gehalten wird. Somit ist keine ständige Nachregelung der Schweißparameter in der Zeitdauer 44 erforderlich, wodurch die Regelung bzw. Steuerung einfach gehalten wird bzw. die Auslastung der Steuervorrichtung, insbesondere die Mikroprozessorauslastung reduziert wird. Weiters resultiert durch die periodisch konstante Periodendauer 43, in welcher ebenso die Wärmeeinbringung konstant ist, eine konstante Zusatzmaterialeinbringung, wodurch eine verbesserte Optik durch das definierte Aussehen der Schweißnaht erreicht wird. Am Ende der Zeitdauer 46 erfolgt zur definierten Einleitung des Kurzschlusses innerhalb einer Zeitdauer 47 in der Lichtbogenphase 36 bevorzugt eine Erhöhung der Drahtvorschubgeschwindigkeit V, wie dies im Diagramm 29 schematisch dargestellt ist. Dadurch wird der Abstand 33 zum Werkstück 16 dementsprechend verringert, bis ein Kurzschluss eintritt. Bevorzugt wird gleichzeitig mit der Erhöhung der Drahtvorschubgeschwindigkeit V der Schweißstrom I bzw. der Arbeitsstrom 41 auf einen geringen Wert abgesenkt bzw. auf Null reduziert, um den während der Zeitdauer 46 gebildeten Tropfen am Schweißdraht 13 zu halten und nicht unkontrolliert ins Schmelzbad überzuleiten. Dadurch wird der Lichtbogendruck beim immer geringer werdenden Abstand 33 zwischen Elektrode bzw. Schweißdraht 13 und Werkstück 16 auf ein Minimum reduziert. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, dass es beim Kontakt des Schweißdrahtes 13 mit dem Werkstück 16 zu keinem Abschleudern des Tropfens 37 bzw. verflüssigten Materials kommen kann, wodurch ein kontinuierlicher Übergang von der Lichtbogenphase 36 in die Kurzschlussphase 39 und eine starke Reduzierung, bis hin zu einer Vermeidung, der Schweißspritzer erreicht wird. Die Erhöhung der Drahtvorschubgeschwindigkeit V und die Absenkung des Arbeitsstromes 41 bewirkt, dass der Kurzschluss exakt zum Zeitpunkt 38, also am Ende der Lichtbogenphase 36, welcher durch die eingestellte Bewegungsfrequenz 40 definiert ist, eintritt. Zur Einleitung des Kurzschlusses während der Zeitdauer 47 ist es aber auch möglich, dass die Drahtvorschubgeschwindigkeit V der Lichtbogenphase 36 innerhalb der Zeitdauer 46 beibehalten wird, und nur der Schweißstrom I bzw. Arbeitsstrom 41 abgesenkt wird. Damit wird jedoch eine längere Zeitdauer 47 zur Bildung des Kurzschlusses benötigt. Dieses Vorgehen wird meist nur dann eingesetzt, wenn eine sehr geringe Bewegungsfrequenz 40 eingestellt wird bzw. weniger Material abgeschmolzen werden soll, sodass die Zeitdauer 46 verringert werden kann.
Nach der Bildung des Kurzschlusses zum Zeitpunkt 38 wird durch eine Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 13, also der Kurzschlussphase 39, der Kurzschluss zum Zeitpunkt 35 geöffnet. Damit ist eine Periode mit der Periodendauer 43 beendet. Durch eine neuerliche Zündung des Lichtbogens 15 beim Abheben des Schweißdrahtes 13 vom Werkstück 16 wird eine neue Periode mit der Periodendauer 43 eingeleitet.
In Fig. 3 ist eine weitere Verfahrensvariante dargestellt, bei der die Länge des Lichtbogens 15 im Verhältnis zum Abstand 33 überwacht wird. Durch die Überwachung der Länge des Lichtbogens 15, beispielsweise durch Auswertung der bekannten Schweißparameter Schweißstrom I und Schweißspannung U durch die Steuervorrichtung 4, können Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Werkstücks 16 erkannt werden. Durch eine Regelung der Schweißparameter, wie Schweißstrom I oder Drahtvorschubgeschwindigkeit V, kann ein Undefinierter Kurzschluss, vor oder nach dem Zeitpunkt 38, vermieden werden.
Eine Erhebung 48 an der Oberfläche des Werkstücks 16 bzw. bei einem profilierten Werkstück 16 würde zum Zeitpunkt 49, bei keiner Gegenreaktion der Steuervorrichtung 4, einen frühzeitigen, Undefinierten Kurzschluss bewirken. Hierbei würde sich der Abstand 33 bzw. die Lichtbogenlänge durch die Erhebung 48 verkürzen und somit die Zeitdauer 47, während welcher der Schweißdraht 13 zum Werkstück 16 gefördert wird, unvorhergesehen verkürzen. Durch die kontinuierliche Überwachung der Länge des Lichtbogens 15 wird erkannt, dass der Lichtbogen 15 ab dem Zeitpunkt 50 eine ungewollt verkürzte Länge, als dies von der Steuervorrichtung 4 erwartet, aufweist. Wird von der Steuervorrichtung 4 oder einer anderen Regelvorrichtung jedoch die Erhe- bung 48 erkannt, wie dies zum Zeitpunkt 50 der Fall ist, so kann nunmehr eine Gegenreaktion eingeleitet und der definierte Abstand 33 wieder hergestellt werden. Hierzu wird beispielsweise die Drahtvorschubgeschwindigkeit V solange verringert, bis die definierte Länge des Lichtbogens 15 wieder erreicht ist (Zeitpunkt 51) . Anschließend bzw. zum Zeitpunkt 51 wird die Drahtvorschubgeschwindigkeit V wieder auf den ursprünglichen, von der Steuervorrichtung 4 vorgegebenen, konstanten Wert angehoben. Damit wird die Kurzschlussphase 39 zum richtigen Zeitpunkt 38 eingeleitet und die durch die Bewegungsfrequenz 40 definierte Periodendauer 43 eingehalten.
Umgekehrt ist es auch möglich, wie zum Zeitpunkt 52 ersichtlich, dass durch die Überwachung der Länge des Lichtbogens 15 eine Vertiefung 53 an der Oberfläche im Werkstück 16 bzw. eines profilierten Werkstücks 16 über die Verlängerung des Lichtbogens 15 erkannt wird. Hierbei würde bei keiner Gegenreaktion der Steuervorrichtung 4 der Kurzschluss zu einem späteren Zeitpunkt 54, als zu dem gemäß der eingestellten Bewegungsfrequenz 40 definierten Zeitpunkt 38 eintreten. Um dies zu vermeiden, wird bei Erkennung der Vertiefung 53 die Drahtvorschubgeschwindigkeit V erhöht, bis die definierte Länge des Lichtbogens 15 bzw. der Abstand 33 wieder erreicht ist (Zeitpunkt 55) . Anschließend bzw. zum Zeitpunkt 55 wird die Drahtvorschubgeschwindigkeit V wieder auf den ursprünglichen, von der Steuervorrichtung 4 vorgegebenen, konstanten Wert abgesenkt und bis zur Einleitung des Kurzschlusses konstant gehalten.
Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, dass aufgrund der Nachregelung der Lichtbogenlänge während der Lichtbogenphase 36 der Kurzschluss zum vorgegebenen Zeitpunkt 38 eintritt und somit die eingestellte Bewegungsfrequenz 40 eingehalten wird.
Anstelle oder zusätzlich zur Schweißdrahtförderung kann die Lichtbogenlängenkorrektur auch über den Schweißbrenner durchgeführt werden, indem nach der Erkennung einer Erhebung 48 am Werkstück 16 der Schweißbrenner 10 vom Werkstück 16 wegbewegt wird und somit wiederum die gewünschte Länge des Lichtbogens 15 hergestellt wird. Eine derartige Lichtbogenlängenüberwachung kann auch bei anderen Ausführungsbeispielen, wie beispielsweise in Fig. 2 oder den nachfolgenden Figuren 4 bis 11, zusätzlich durchgeführt werden.
In den Fig. 4 bis 7 sind Ausführungsbeispiele des CMT-Prozesses mit veränderlichen Schweißparametern unter Berücksichtigung der vorgegebenen Bewegungsfrequenz 40 gezeigt. Durch den Einsatz einer Lichtbogenlängenüberwachung ist es auch möglich, dass die Schweißparameter während der Lichtbogenphase 36, zur Erzielung der Bewegungsfrequenz 40, nicht konstant gehalten werden, sondern beispielsweise einen steigenden oder fallenden Verlauf, entsprechend eines vorgegebenen Profils, aufweisen können. Dabei kann sich während der Lichtbogenphase 36 auch die Länge des Lichtbogens 15 bzw. der Abstand 33 vom Ende des Schweißdrahts 13 zum Werkstück 16 verändern. Entsprechend Fig. 4 wird zum Unterschied zu den zuvor beschriebenen Figuren während der Lichtbogenphase 36 die Drahtvorschubgeschwindigkeit V nach einer steigenden Rampenfunktion bzw. anhand einer steigenden Profil- Regelung bis zum Erreichen des Kurzschlusses zum Zeitpunkt 38 erhöht, wodurch sich das Ende des Schweißdrahtes 13 kontinuierlich zum Werkstück 16 bewegt. Gleichzeitig mit der steigenden Drahtvorschubgeschwindigkeit V fällt in der Lichtbogenphase 36 der Schweißstrom I bzw. Arbeitsstrom 41 nach einer sinkenden Rampenfunktion bzw. anhand einer sinkenden Profil-Regelung auf einen geringen Wert bzw. auf Null, bis der Kurzschluss zum Zeitpunkt 38 eintritt. Die Einleitung des Kurzschlusses entsprechend der Zeitdauer 47 erfolgt bereits zu Beginn der Lichtbogenphase 36, da die Zeitdauer 46, während welcher der Abstand 33 konstant gehalten wird, durch die kontinuierliche Annäherung des Schweißdrahtes 13 an das Werkstück 16 wegfällt. Daraus resultiert, dass die Zeitdauer 44 der Lichtbogenphase 36 in der Periodendauer 43 mit der Zeitdauer 47 identisch ist.
Ebenso kann entsprechend Fig. 5 der Arbeitsstrom 41 während der Lichtbogenphase 36 nach einer steigenden Rampenfunktion bzw. anhand einer steigenden Profil-Regelung während der Zeitdauer 46 verlaufen und zur Einleitung des Kurzschlusses während der Zeitdauer 47 auf einen geringen Wert bzw. auf Null abgesenkt werden. Hierzu wird die Drahtvorschubgeschwindigkeit V ebenfalls nach einer steigenden Rampenfunktion bzw. anhand einer steigenden Profil-Regelung bis zum Erreichen des Kurzschlusses zum Zeitpunkt 38 erhöht. Dadurch wird der Abstand 33 während der Zeitdauer 46 bis zur Einleitung des Kurzschlusses annähernd konstant gehalten, da die steigende Drahtvorschubgeschwindigkeit V durch die höhere Abschmelzrate des Schweißdrahtes 13, aufgrund des steigenden Arbeitsstromes 41, ausgeglichen wird.
Gemäß Fig. 6 kann der Schweißstrom I auf dem Niveau des Arbeitsstromes 41 eine gewisse Zeitdauer 56 konstant gehalten werden, wobei die Drahtvorschubgeschwindigkeit V nach einer steigenden Rampenfunktion bzw. anhand einer steigenden Profil- Regelung bis zum Zeitpunkt 38 des Kurzschlusses verläuft. Dadurch erfolgt eine kontinuierliche Annäherung des Schweißdrahtes 13 an das Werkstück 16, wobei während der Zeitdauer 56 eine erhöhte bzw. definierte Anschmelzung des Schweißdrahtes 13 erfolgt und der Abstand 33 während der Zeitdauer 46 annähernd konstant gehalten wird. Nach Ablauf der Zeitdauer 56 erfolgt eine frühzeitige Einleitung des Kurzschlusses, wobei hierbei, wie bereits bekannt, während der Zeitdauer 47 der Arbeitsstrom 41 abgesenkt wird. Dadurch wird während der Zeitdauer 47 nur mehr eine geringe Abschmelzrate hervorgerufen bzw. der Tropfen 37 im flüssigen Zustand gehalten. Durch eine Verlängerung der Zeitdauer 56, in welcher der Arbeitsstrom 41 konstant gehalten wird, erfolgt eine längere und erhöhte bzw. definierte Anschmelzung des Schweißdrahtes 13, wodurch eine größere Zusatzmaterialmenge abgeschmolzen werden kann.
In Fig. 7 ist ein dreiecksförmiger Verlauf des Schweißstromes I bzw. Arbeitsstromes 41 und der Drahtvorschubgeschwindigkeit V während der Lichtbogenphase 36 dargestellt, wobei der Arbeitsstrom 41 stufenförmig ansteigt bzw. abfällt. Der Arbeitsstrom 41 und die Drahtvorschubgeschwindigkeit V steigen während der Zeitdauer 46 an und der Abstand 33 bzw. die Länge des Lichtbogens 15 wird konstant gehalten. Anschließend erfolgt durch die sinkende Drahtvorschubgeschwindigkeit V während der Zeitdauer 47 eine allmähliche Einleitung des Kurzschlusses, welcher zum definierten Zeitpunkt 38 eintritt.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung für die Regelung in Abhängigkeit der Lichtbogenlänge liegt bei der Anwendung im Hand- schweißbereich, da dadurch die Zitterbewegungen des Schweißers von der Steuervorrichtung 4 automatisch ausgeregelt werden. Somit kann auch beim Handschweißen der CMT-Prozess mit der eingestellten Bewegungsfrequenz 40 durchgeführt werden.
In den Fig. 8 und 9 sind Zeitverläufe von verschiedenen Verfahrensvarianten zur Veränderung der Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 dargestellt. Durch die Regelung des Verhältnisses von Lichtbogenphase 36 zu Kurzschlussphase 39 unter Einhaltung der eingestellten Bewegungsfrequenz 40 bzw. der Periodendauer 43 kann die Temperatur des Schmelzbades und die Zusatzmaterialmenge geregelt wird. Dies erfolgt beispielsweise durch eine am Schweißgerät 1 einstellbarer Wärmeeinbringung. Mit der Wärmeeinbringung wird insbesondere die Dauer der Lichtbogenphase 36 festgelegt, da hier die Zusatzmaterialmenge und die Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 aufgrund der Länge bzw. Zeit des anstehenden Lichtbogens 15 bestimmt wird. Beispielsweise kann gemäß Fig. 13 für die Wärmeeinbringung eine Skala von 1 bis 100 festgelegt werden, wobei eine Wärmeeinbringung von 50 bedeutet, dass die Dauer der Lichtbogenphase 36 und die Dauer der Kurzschlussphase 39 gleich ist. Wird der Wert für die Wärmeeinbringung größer als 50 gewählt, erhöht sich die Dauer der Lichtbogenphase 36 gegenüber der Dauer der Kurzschlussphase 39. Umgekehrt, wenn der Wert kleiner als 50 gewählt wird, verringert sich die Dauer der Lichtbogenphase 36 und erhöht sich die Dauer der Kurzschlussphase 39.
In Fig. 8 sind vereinfachte schematische Darstellungen des Verhältnisses von Lichtbogenphase 36 zu Kurzschlussphase 39 in der Periodendauer 43 in Form von Diagrammen gezeigt, wobei für die einzelnen Diagramme verschiedene Werte für die Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 gewählt sind. Im Diagramm 57 ist für die Wärmeeinbringung der Wert 50 gewählt, im Diagramm 58 der Wert 75 und im Diagramm 59 ist der Wert 25 gewählt, woraus sich eine entsprechende Dauer für die Lichtbogenphase 36 und Kurzschlussphase 39 ergibt.
In Fig. 9 ist eine Verfahrensvariante in vereinfachter Schema- tischer Darstellung gezeigt, in der die am Schweißgerät 1 manuell eingestellte Wärmeeinbringung automatisch von der Steuervorrichtung 4 an das Material des Werkstücks 16 angepasst wird. Daraus ergeben sich unterschiedliche Verhältnisse von Lichtbogenphase 36 zu Kurzschlussphase 39 in den einzelnen Periodendauern 43 der Bewegungsfrequenz 40. Insbesondere ergeben sich in den Periodendauern 43 unterschiedliche Zeitdauern 44 und 45 für die Lichtbogenphase 36 und die Kurzschlussphase 39, wobei die Periodendauern 43 unverändert bleiben. Dies hat zur Folge, dass durch die veränderliche Zeitdauer 44 der Lichtbogenphase 36 die Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 automatisch verändert wird. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass die Temperatur des Werkstücks 16 überwacht wird, wodurch falsch eingestellte Werte für die Wärmeeinbringung ausgeglichen werden können. Beispielsweise wird der Schweißprozess mit dem eingestellten Wert 75 für die Wärmeeinbringung und dem daraus resultierenden Verhältnis von Lichtbogenphase 36 zu Kurzschlussphase 39 nach der Zündphase 31 mit der Periodendauer 43 gestartet. Dabei kann die Temperatur des Werkstücks 16, beispielsweise anhand von Temperatursensoren oder Wärmebildkameras, erfasst werden, worauf die Steuervorrichtung 4 dementsprechend den Wert für die Wärmeeinbringung bzw. die Dauer der Lichtbogenphase 36 bzw. der Zeitdauer 44 während des Schweißprozesses erhöht bzw. erniedrigt. Somit stellt sich ein neues Verhältnis von Lichtbogenphase 36 zu Kurzschlussphase 39 ein. Wie zum Zeitpunkt 60 ersichtlich, kann die Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 durch eine verkürzte Lichtbogenphase 36 über eine oder mehrere Periodendauern 43 reduziert werden. Sinkt die Temperatur des Werkstücks 16 unter einen in der Steuervorrichtung 4 hinterlegten Schwellwert, welcher vom Material des Werkstücks 16 abhängt, wird der Wert für die Wärmeeinbringung von der Steuervorrichtung 4 automatisch entsprechend angepasst. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass der manuell am Schweißgerät 1 eingestellte Wert für die Wärmeeinbringung von der Steuervorrichtung 4 eingestellt und somit wieder erhöht wird, wie zum Zeitpunkt 61 dargestellt. Weiters werden von der Steuervorrichtung 4 entsprechend dem eingestellten Verhältnis von Lichtbogenphase 36 zu Kurzschlussphase 39 die Schweißparameter, insbesondere der Schweißstrom I und die Drahtvorschubgeschwindigkeit V, angepasst.
Selbstverständlich kann auch ein bestimmtes Verhältnis der Dauer der Lichtbogenphase 36 zur Dauer der Kurzschlussphase 39, bei- spielsweise 2/3 Lichtbogenphase und 1/3 Kurzschlussphase, von der Steuervorrichtung definiert und der Stellung bzw. Skala 50 zugeordnet werden, wobei beim Verstellen des Wertes dann beispielsweise eine prozentuelle Änderung des Verhältnisses vorgenommen wird.
Unabhängig von der Regelung in Bezug auf die Wärmeeinbringung und der Bewegungsfrequenz 40 bzw. der Periodendauer 43 kann zusätzlich auch eine entsprechende Regelung zur Anpassung der Lichtbogenphase 36 und der Kurzschlussphase 39 bei Sonderzuständen im Schweißprozess, wie beispielsweise beim unvorhergesehenen Auftreten eines Kurzschlusses, erfolgen, um die eingestellte Bewegungsfrequenz 40 zu erreichen bzw. den CMT-Pro- zess auf die vordefinierten Periodendauern 43 zurückzuführen.
Die Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 kann auch mit über den Schweißstrom I bzw. den Arbeitsstrom 41 geregelt werden. Ist beispielsweise mehr Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 nötig, kann der Arbeitsstrom 41 während der Zeitdauer 46 der Lichtbogenphase 36 entsprechend erhöht werden, wobei die Zeitdauer 44 für die Lichtbogenphase 36 unverändert bleibt. Dementsprechend führt eine Senkung des Arbeitsstromes 41 während der Zeitdauer 44 in der Lichtbogenphase 36 zu einer Verringerung der Wärmeeinbringung ins Werkstück 16.
In den Fig. 10 und 11 sind Ausführungsbeispiele für die Regelung der Lichtbogenphase 36 und der Kurzschlussphase 39 eines CMT- Prozesses bei Sonderzuständen beschrieben.
In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Undefinierter Kurzschluss, wie beispielsweise durch Schmelzbadbewegungen und/oder Zitterbewegungen beim Handschweißen verursacht, während der Lichtbogenphase 36 eintritt (Zeitpunkt 62) . Durch das Auftreten des Undefinierten Kurzschlusses zum Zeitpunkt 62 wird die Lichtbogenphase 36 unterbrochen und die Zeitdauer 44 entsprechend verkürzt, wodurch der definierte Kurzschluss zum Zeitpunkt 38 nicht stattfindet. Der Undefinierte Kurzschluss zum Zeitpunkt 62 wird von der Steuervorrichtung 4 erkannt, wodurch der Arbeitsstrom 41 abrupt auf den Grundstrom 42 abgesenkt wird und die Drahtvorschubgeschwindigkeit V umge- kehrt bzw. der Schweißdraht 13 vom Werkstück 16 weggezogen wird. Weiters wird zum Zeitpunkt 62 von der Steuervorrichtung 4 die folgende Kurzschlussphase 39 mit der vordefinierten Zeitdauer 45 und den hinterlegten Schweißparametern, wie beispielsweise dem Grundstrom 42 und der konstanten Drahtvorschubgeschwindigkeit V, eingeleitet. Somit wird die durch die eingestellte Bewegungsfrequenz 40 definierte Periodendauer 43 unterschritten.
Um die ursprünglich durch die eingestellte Bewegungsfrequenz 40 definierten Zeitpunkte 38 für die Kurzschlüsse wieder zu erreichen, wird von der Steuervorrichtung 4 anschließend eine verlängerte Lichtbogenphase 36 mit der entsprechenden Zeitdauer 44 berechnet und die Schweißparameter, insbesondere der Schweißstrom I und die Drahtvorschubgeschwindigkeit V, angepasst. Somit tritt nach der Kurzschlussphase 39 zum Zeitpunkt 63 die verlängerte Lichtbogenphase 36 ein, welche eine längere Zeitdauer 44 aufweist. Hierbei werden der Arbeitsstrom 41 und die Drahtvorschubgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert konstant gehalten, wodurch die gleiche Zusatzmaterialmenge und Wärmeeinbringung erreicht wird, wie dies bei der von der Steuervorrichtung 4 voreingestellten und konstanten Lichtbogenphase 36 vor dem Undefinierten Kurzschluss zum Zeitpunkt 62 der Fall war. Weiters wird in der verlängerten Lichtbogenphase 36 nach der längeren Zeitdauer 46, in welcher der Abstand 33 konstant gehalten wird, in der folgenden Zeitdauer 47 der nächste Kurzschluss gezielt eingeleitet. Dies erfolgt, wie bereits bekannt, durch Absenken des Arbeitsstromes 41 und Erhöhung der Drahtvorschubgeschwindigkeit, sodass der nächste Kurzschluss und die darauffolgenden Kurzschlüsse wieder zu den am Beginn des Schweißprozesses definierten Zeitpunkten 38 eintreten.
In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Periodendauer 43 bzw. die Zeitdauer 45 verlängert wird, wie dies beispielsweise bei Zitterbewegungen beim Handschweißen der Fall sein kann. Während eines Schweißprozesses kann sich die Tropfenablöse in der auf eine Lichtbogenphase 36 folgende Kurzschlussphase 39 durch Zitterbewegungen ungewollt verzögern, wie dies in der zum Zeitpunkt 64 beginnenden Zeitdauer 45 dargestellt ist. Daraus ergibt sich eine längere Periodendauer 43. Die folgende Lichtbogenphase 36 und Kurzschlussphase 39 finden mit der von der Steuervorrichtung 4 vordefinierten Zeitdauer 44 und 45 statt, wobei die Periodendauer 43 durch die verlängerte Kurzschlussphase 39 zeitlich nach hinten verschoben ist. Dadurch tritt der in der Lichtbogenphase 36 eingeleitete Kurzschluss nicht zu dem durch die am Beginn des Schweißprozesses eingestellte Bewegungsfrequenz 40 definierten Zeitpunkt 38, sondern zu einem verspäteten Zeitpunkt 65, ein. Damit der nächste Kurzschluss wieder zu dem am Beginn des Schweißprozesses definierten Zeitpunkt 38 eintritt, folgt nun eine von der Steuervorrichtung 4 berechnete verkürzte Lichtbogenphase 36 bzw. Zeitdauer 44, welche zum Zeitpunkt 66 startet. Hierbei werden die Schweißparameter, insbesondere der Schweißstrom bzw. der Arbeitsstrom 41 und die Drahtvorschubgeschwindigkeit, in der Zeitdauer 46 derart erhöht, dass die Zusatzmaterialmenge und die Wärmeeinbringung in der verkürzten Zeitdauer 46 unverändert gegenüber einer Lichtbogenphase 36 mit der vordefinierten Zeitdauer 44 bzw. 46 bleibt. Nach der verkürzten Zeitdauer 46 erfolgt in der Zeitdauer 47 während der Lichtbogenphase 36 die bereits bekannte Einleitung des definierten Kurzschlusses, sodass dieser zum definierten Zeitpunkt 38 eintritt. Somit folgen nun die definierten Kurzschlüsse wieder zu den Zeitpunkten 38 mit den durch die Bewegungsfrequenz 40 definierten Periodendauern 43.
Im Allgemeinen sei zu den Fig. 10 und 11 angemerkt, dass die Regelung der Lichtbogenphase 36 und der Kurzschlussphase 39 zum Erreichen der durch die Bewegungsfrequenz 40 definierten Kurzschlusszeitpunkte in den Periodendauern 43, woraus sich ein Kurzschlussraster ergibt, mehrere Periodendauern 43 in Anspruch nehmen kann. Somit ist die aus der eingestellten Bewegungsfrequenz 40 resultierende Periodendauer 43 eine mittlere Periodendauer 43. Ebenso kann ein Überschreiten des
Kurzschlussrasters, wie in den Fig. 10 und 11 beschrieben, derart gelöst werden, dass das Kurzschlussraster und das von der Steuervorrichtung 4 berechnete Schweißprozessprofil neu gestartet wird, also ein Reset erfolgt. Dies kann beispielsweise nach Ablauf einer Periodendauer 43, also mit Beginn einer Lichtbogenphase 36, oder direkt nach dem Auftreten eines Undefinierten Kurschlusses erfolgen.
Wie in den Ausführungsvarianten beschrieben, erfolgt die Rege- lung zur Einhaltung der Bewegungsfrequenz 40 bevorzugt in den Lichtbogenphasen 36, da hier in vorteilhafter Weise die Wärme- einbringung bzw. die Schmelzbadtemperatur und die Zusatzmaterialmenge geregelt bzw. gesteuert werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass eine veränderte Zeitdauer 44 oder 45 durch die nachfolgende Zeitdauer 44 oder 45 bzw. Prozessphase kompensiert wird, wobei dazu eine höhere Prozessorleistung bzw. ein höherer regelungstechnischer Aufwand erforderlich ist.
Durch die gezielte Absenkung des Schweißstromes bzw. des Arbeitsstromes 41 in der Lichtbogenphase 36 zur Einleitung des Kurzschlusses bzw. der Kurzschlussphase 39 können Schweißspritzer vermieden werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Bewegungsfrequenz-Regelung besteht darin, dass auf die Schwingungen des Schmelzbades Einfluss genommen werden kann, insbesondere die Schwingung kompensiert oder verstärkt werden kann. Beispielsweise wird bei einer niedrigen Bewegungsfrequenz 40 die Eigenschwingung des Schmelzbades gering gehalten, wodurch ein ruhiges Schmelzbad mit geringen Schweißspritzern resultiert. Umgekehrt führt eine Erhöhung der Bewegungsfrequenz 40 dazu, dass die Eigenschwingung des Schmelzbades erhöht wird, wodurch eine bessere Spaltüberbrückung erreicht wird.
Im Allgemeinen wird für einen Schweißprozess eine Vielzahl von Schweißparametern benötigt, welche direkt am Schweißgerät 1 eingestellt werden oder indirekt von der Steuervorrichtung 4 berechnet und geregelt bzw. gesteuert werden. Wie in den Ausführungsvarianten beschrieben, sind zumindest zwei Parameter, die Bewegungsfrequenz 40 und zumindest ein weiterer Schweißparameter, wie beispielsweise das Material, direkt am Schweißgerät 1 vom Bediener einzustellen. Alle weiteren Schweißparameter werden von der Steuervorrichtung 4 erfasst und/oder berechnet und eingestellt.
Für die Eingabe der Schweißparameter ist in Fig. 12 eine Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 dargestellt, wobei die eingestellten Schweißparameter an die Steuervorrichtung 4 des Schweißgerätes 1 weitergeleitet werden, sodass von dieser ein entsprechender Schweißprozess gesteuert bzw. geregelt werden kann. An der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Drehknöpfe 68, 69 angeordnet, wobei mit dem Drehknopf 68 die Bewegungsfrequenz 40 und mit dem Drehknopf 69 das Material und dessen Dicke eingestellt werden kann. Mit dem Drehknopf 68 wird die Bewegungsfrequenz 40 des Schweißdrahtes 13 auf einer Skala von 0 Hz bis 150 Hz eingestellt, wobei die Bewegungsfrequenz 40 die Anzahl der Kurzschlüsse pro Sekunde definiert. Weiters ist an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 ein Display 70 angeordnet, welches Auskunft über die von der Steuervorrichtung 4 berechneten Schweißparameter, wie Schweißstrom, Drahtvorschubgeschwindigkeit, usw., gibt. Mit einer der Tasten 71, welche an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 angeordnet sind, kann umgeschaltet werden, welcher Schweißparameter am Display 70 angezeigt werden soll. Hierzu sind an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 unterhalb des Displays 70 Leuchtdioden 72 und Abkürzungen für die Schweißparameter, beispielsweise A für den Schweißstrom, angeordnet. Die Leuchtdioden 72 zeigen somit den Schweißparameter an, dessen Wert im Display 70 dargestellt ist. Durch die Kombination der Einstellungen an den Drehknöpfen 68 und 69 kann die Steuervorrichtung 4 Zeitdauern für die Lichtbogenphase 36 und die Kurzschlussphase 39 berechnen, wobei die weiteren Schweißparameter zum Erreichen der Zeitdauern ebenfalls automatisch berechnet werden.
Weiters ist es auch möglich, dass mehrere Schweißparameter vom Benutzer eingestellt werden, woraus das Schweißprozessprofil von der Steuervorrichtung 4 berechnet wird. Hierzu ist beispielsweise, wie in Fig. 13 dargestellt, ein zusätzlicher Drehknopf 73 angeordnet, über den die Wärmeeinbringung ins Werkstück 16 an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellt werden kann. Hierbei kann der Drehknopf 73 beispielsweise eine Skala für den Wert der Wärmeeinbringung von 1 bis 100 aufweisen, wobei der Wert beispielsweise die Zeitdauer für die Lichtbogenphase 36 und die Ξchweißstromhöhe bestimmt. Somit ergibt sich in Verbindung mit der Bewegungsfrequenz 40 ein Verhältnis zwischen Lichtbogenphase 36 und Kurzschlussphase 39. Selbstverständlich kann der Benutzer beliebig viele Schweißparameter, insbesondere den Schweißstrom I, die Schweißspannung U, den Schweißdrahtdurchmesser, die Drahtvorschubgeschwindigkeit V, usw. , vorgeben, aus denen die Steuervorrichtung 4 das Schweißprozessprofil berechnet. Diese Einstellungen können beispielsweise mit einer der Tasten 71 gespeichert werden. Dabei ist es auch möglich, dass der Benutzer die über das Display 70 angezeigten Werte eines Schweißparameters jederzeit verändern kann, worauf von der Steuervorrichtung 4 eine Korrektur für die weiteren Schweißparameter vorgenommen wird, um wiederum die eingestellte Bewegungsfrequenz 40 zu erreichen. Auch ist es möglich, dass anstelle der dargestellten Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 ein Touch-Screen oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Ein- und/oder Ausgabevorrichtungen 22 eingesetzt werden können.
Für die Festlegung der einzelnen Sollwerte der Schweißparameter können im Schweißgerät 1 verschiedenste Kennlinien in einer Datenbank hinterlegt bzw. durch entsprechende Berechnungsverfahren die einzelnen Werte berechnet werden.
Die Schweißparameter, insbesondere die Bewegungsfrequenz 40 und die Wärmeeinbringung ins Werkstück 16, können auch über einen im Schweißbrenner 10 integrierten Fernregler eingestellt oder geändert werden. Dies wird in vorteilhafter Weise bei Handschweißprozessen eingesetzt, da hier, insbesondere während einem Schweißprozess, rasch die Schweißparameter angepasst werden könne, sofern dies nicht automatisch von der Steuervorrichtung 4 geregelt wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Kalt-Metall-Transfer-Schweißverfahren, bei dem der Schweiß- prozess durch zyklische Abwechslung einer Lichtbogenphase (36) und einer Kurzschlussphase (39) definiert ist, wobei während der Lichtbogenphase (36) ein Schweißdraht (13) bis zur Berührung mit dem Werkstück (16) in Richtung Werkstück (16) bewegt wird, anschließend nach Bildung eines Kurzschlusses während der Kurzschlussphase (39) die Drahtförderung umgekehrt und der Schweißdraht (13) vom Werkstück (16) wegbewegt wird, wobei der Schweißstrom (I) und/oder die Schweißspannung (U) während der Lichtbogenphase (36) derart geregelt wird, dass der Schweißdraht (13) angeschmolzen und ein Tropfen gebildet wird und dass während der Kurzschlussphase (39) ein Öffnen des Kurzschlusses über den Schweißstrom (I) unterbunden wird, wobei zur Festlegung des Schweißprozesses Schweißparameter eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Schweißparameter über ein Steuerorgan eine Bewegungsfrequenz (40) des Schweißdrahtes (13) , mit welcher die Anzahl der Lichtbogenphasen (36) und Kurzschlussphasen (39) pro Sekunde definiert wird und zumindest ein weiterer Schweißparameter eingestellt werden, und von einer Steuervorrichtung (4) alle weiteren erforderlichen Schweißparameter zur Erzielung der vorgegeben Bewegungsfrequenz (40) ermittelt und eingestellt und geregelt werden.
2. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Bewegungsfrequenz (40) die Materialstärke eingestellt wird.
3. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Bewegungsfrequenz (40) der Durchmesser des Schweißdrahtes (13) eingestellt wird.
4. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Bewegungsfrequenz (40) die Abschmelzrate eingestellt wird.
5. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lichtbogenphase (36) über eine definierte Zeitdauer zur Bildung des Tropfens (37) am Schweiß- draht (13) Schweißparameter, wie beispielsweise der Schweißstrom (I) und/oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit (V) derart geregelt werden, dass bei konstanter Drahtvorschubgeschwindigkeit (V) ein konstanter Abstand (33) des Schweißdrahtes (13) zum Werkstück (16), welcher der Länge des Lichtbogens (15) zwischen dem Schweißdraht (13) und dem Werkstück (16) entspricht, erzielt wird.
6. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lichtbogenphase (36) zur Einleitung der Kurzschlussphase ' (39) der Schweißstrom (I) abgesenkt wird, sodass der Tropfen (37) des Schweißdrahtes (13) ohne weiteres Anschmelzen des Schweißdrahtes (13) in verflüssigtem Zustand gehalten wird.
7. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lichtbogenphase (36) zur Einleitung der Kurzschlussphase (39) , insbesondere während oder nach dem Absenken des Schweißstromes (I) , die Drahtvorschubgeschwindigkeit (V) erhöht wird, um die Länge des Lichtbogens (15) zwischen dem Schweißdraht (13) und dem Werkstück (16) bis zum Kurzschluss zu reduzieren.
8. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Lichtbogens (15) zwischen dem Schweißdraht (13) und dem Werkstück (16) während der Lichtbogenphase (36) überwacht wird und Änderungen der Lichtbogenlänge über die Schweißparameter, insbesondere die Drahtvorschubgeschwindigkeit (V) und den Schweißstrom (I) , derart geregelt werden, dass die Kurzschlussphase (39) mit der eingestellten Bewegungsfrequenz (40) eintritt.
9. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kurzschlussphase (39) die Schweißparameter zur Veränderung der Dauer der Kurzschlussphase (39) geregelt werden, sodass die anschließende Lichtbogenphase (36) mit der eingestellten Bewegungsfrequenz (40) eintritt.
10. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Bewegungsfrequenz (40) eine Wärmeeinbringung in das Werkstück (16) eingestellt wird, und das Verhältnis der Dauer der Kurzschlussphase (39) zur Dauer der Lichtbogenphase (36) und/oder ein Profil des Schweißstromes (I) in Abhängigkeit der eingestellten Wärmeeinbringung festgelegt wird.
11. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsfrequenz (40) zwischen 1 Hz und 150 Hz, bevorzugt zwischen 30 Hz und 70 Hz, eingestellt wird.
12. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz der Schmelzbadschwingung über die Bewegungsfrequenz (40) des Schweißdrahtes (13) gezielt be- einflusst wird.
13. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißparameter in Abhängigkeit eines definierten Profils der Länge des Lichtbogens (15) bzw. der Schweißspannung (U) ermittelt und eingestellt oder geregelt werden.
14. Schweißanlage mit einem Schweißgerät (1), zumindest einer Steuervorrichtung (4) mit einem Speicher für Betriebsdaten bzw. Programme, einer Stromquelle (2) , einem Drahtvorschubgerät (11) zur Förderung eines Schweißdrahtes (13) , einem am Schweißgerät (1) anschließbaren Schweißbrenner (10) und einer Ein- und/oder
Ausgabevorrichtung (22) mit zumindest zwei Steuerorganen zum Einstellen von Schweißparametern, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung (22) ein Steuerorgan zum Einstellen einer Bewegungsfrequenz (40) , mit welcher die Anzahl der Lichtbogenphasen (36) und Kurzschlussphasen (39) pro Sekunde definiert wird, angeordnet ist.
15. Schweißanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan zum Einstellen der Bewegungsfrequenz (40) als Drehknopf (68) ausgebildet ist, allenfalls mit einer neben oder auf dem Drehknopf (68) angeordneten Skala.
16. Schweißanlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich- net, dass an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung (22) ein Steuerorgan zum Einstellen des Materials und der Materialdicke des Werkstückes (16) angeordnet ist.
17. Schweißanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan zum Einstellen des Materials und der Materialdicke als Drehknopf (69) ausgebildet ist, allenfalls mit einer neben oder auf dem Drehknopf (69) angeordneten und dem Material und der Materialdicke zugeordneten Skala.
18. Schweißanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung (22) ein Steuerorgan zum Einstellen eines Wertes für die Wärmeeinbringung ins Werkstück (16) angeordnet ist.
19. Schweißanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan zum Einstellen des Wertes für die Wärmeeinbringung ins Werkstück (16) als Drehknopf (73) ausgebildet ist, allenfalls mit einer neben oder auf dem Drehknopf (73) angeordneten und der Wärmeeinbringung zugeordneten Skala.
20. Schweißanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Steuerorgan durch eine Anzeige mit einem Eingabefeld gebildet ist.
21. Schweißanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Steuerorgan als Touch-Screen ausgebildet ist.
22. Schweißanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fernregler zur Einstellung der Schweißparameter, insbesondere der Bewegungsfrequenz (40) , und des Wertes für die Wärmeeinbringung am Schweißbrenner (10) angeordnet ist.
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