DE1105079B

DE1105079B - Alternating current arc protective gas welding machine with direct current auxiliary arc and ignition and stabilizing device through capacitor discharge

Info

Publication number: DE1105079B
Application number: DEU6984A
Authority: DE
Inventors: Raymond Patrick Sullivan
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1959-03-25
Filing date: 1960-03-16
Publication date: 1961-04-20

Description

Wechselstromlichtbogen-Schutzgasschweißgerät mit Gleichstrom-Hilfslichtbogen und Zünd- und Stabilisiereinrichtung durch Kondensatorentladung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wechselstromlichtbogen-Schutzgasschweißgerät mit Gleichstrom-Hilfslichtbogen zwischen Schweißelektrode und Düse bzw. Hilfselektrode und mit einer Schweißlichtbogen-Zünd- und -Stabilisiereinrichtung für Kondensatorentladungs-Spannungsstöße zu Beginn jeder Halbperiode mit positiv gepolter Elektrode.AC arc gas welding machine with DC auxiliary arc and ignition and stabilization device by capacitor discharge The present The invention relates to an alternating current arc protective gas welding device with a direct current auxiliary arc between welding electrode and nozzle or auxiliary electrode and with a welding arc ignition and capacitor discharge surge stabilizer at the beginning of each Half cycle with positive electrode.

Wenn Schweißmetalle, wie z. B. Aluminium, auf ihren Oberflächen schwerschmelzbare Oxyde aufweisen, ist bei positiv gepolter Elektrode eine »Reinigungs«-Periode erforderlich, um Verunreinigungen von der Metalloberfläche zu entfernen. Gleichstrom mit negativ gepolter Elektrode ist indessen wegen zu starker Erwärmung der Hauptelektrode nachteilig. Demgemäß werden diese Metalle üblicherweise mit einem Wechselstromlichtbogen geschweißt. Wird indessen mit Wechselstrom geschweißt, der die übliche verhältnismäßig niedrige Leerlaufspannung hat, so reicht die zum regelmäßigen Wiederzünden der Periode mit positiver Elektrode erforderliche Spannung oft nicht aus. Es ist dann ein Stabilisator vonnöten, um den Lichtbogen wieder zu zünden, wenn der Lichtbogenstrom durch Null geht.When weld metals, such as. B. aluminum, fusible on their surfaces Have oxides, a "cleaning" period is required with a positively polarized electrode, to remove contaminants from the metal surface. Direct current with negative A polarized electrode is disadvantageous because of excessive heating of the main electrode. Accordingly, these metals are commonly welded with an alternating current arc. However, it is welded with alternating current, which is the usual relatively low one Has no-load voltage, it is sufficient for regular re-ignition of the period The voltage required for the positive electrode is often not sufficient. It is then a stabilizer needed to re-ignite the arc when the arc current passes through zero goes.

Die bisher vorgeschlagenen Verfahren zur Stabilisierung des Lichtbogens während der Umkehr waren nicht völlig zufriedenstellend. Eine Stromquelle hoher Leerlaufspannung von 150 V einer Sinusform mit einer Hochfrequenzeinheit ist relativ teuer, und die hohe Leerlaufspannung ist gefährlich. Eine Stromquelle mit nicht ausgeglichenem Periodenverlauf mit einer überlagerten Hochfrequenzeinheit erzeugt eine Hochfrequenzstrahlung, welche die Funksendungen stört. Es ist daher auch vorgeschlagen worden, eine Stromquelle mit unausgeglichenem Periodenverlauf und Hilfslichtbogen zu verwenden. Bei diesem Verfahren muß indessen eine Leerlaufspannung von mindestens 80 V verwendet werden. Die meisten normalen Schweißwechselstromquellen haben indessen Leerlaufspannungen in der Gegend von nur 72 bis 75 V.The previously proposed methods for stabilizing the arc while repenting were not entirely satisfactory. A source of high power Open circuit voltage of 150 V of a sinusoidal shape with a high frequency unit is relative expensive, and the high open circuit voltage is dangerous. A power source with no balanced period with a superimposed high frequency unit generated high frequency radiation that interferes with radio transmissions. It is therefore also suggested a current source with an unbalanced cycle and an auxiliary arc to use. In this process, however, an open circuit voltage of at least 80 V can be used. Most normal welding AC power sources, however, have Open circuit voltages in the area of only 72 to 75 V.

Es ist auch schon bekannt, nur zu Beginn jeder Halbperiode mit positiver Elektrode einen einzigen Spannungsstoß durch die Entladung eines Kondensators über ein Thyratron oder eine Funkenstrecke in den Schweißstromkreis zu geben, jedoch ist eine solche Einrichtung relativ kompliziert und teuer.It is also already known, only at the beginning of each half-period with a positive Electrode a single voltage surge through the discharge of a capacitor to put a thyratron or a spark gap in the welding circuit, however such a device is relatively complicated and expensive.

Die aufgezeigten Nachteile und Mängel werden mit der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise vermieden. Sie besteht darin, daß in bekannter Weise eine Wechselstrom-Lichtbogenstromquelle an die Schweißelektrode und über einen Schalter an das Werkstück sowie eine Gleichstrom-Hilfslichtbogenstromquelle an die Elektrode und an die Düse bzw. Hilfselektrode angeschlossen sind und daß ein Kondensator und ein Regelwiderstand in Reihe zwischen Gleichstrom-Hilfslichtbogenstromquelle und Werkstück liegen, wobei die elektrischen Kennwerte der Stromkreise so aufeinander abgestimmt sind, daß auf die durch den Hilfslichtbogen und den Schutzgasstrom vorionisierte Strecke Hilfselektrode-Werkstück in an sich bekannter Weise der Spannungsstoß zu Beginn nur jeder Halbperiode mit positiv gepolter Elektrode gegeben wird.The identified disadvantages and shortcomings are with the present Invention avoided in a simple manner. It consists in doing that in a known manner an AC arc power source to the welding electrode and through a switch to the workpiece and a DC auxiliary arc power source to the electrode and are connected to the nozzle or auxiliary electrode and that a capacitor and a variable resistor in series between the DC auxiliary arc power source and Workpiece lie, with the electrical characteristics of the circuits so one on top of the other are matched that pre-ionized by the auxiliary arc and the shielding gas flow Route the auxiliary electrode to the workpiece in a manner known per se The beginning of each half cycle is given with a positive electrode.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind der Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie der folgenden Beschreibung zu entnehmen.Further advantages and possible uses of the invention are Representation of an exemplary embodiment and the following description can be found.

Die Zeichnung veranschaulicht ein vereinfachtes Schaltschema.The drawing illustrates a simplified circuit diagram.

Eine normale Schweißwechselstromquelle 1 ist an eine Schweißelektrode 3 und über Relaiskontakte 5 an das Werkstück 7 gelegt. Die negative Seite einer Hilfslichtbogengleichstromquelle 9 liegt an der Schweißelektrode3, die positive Seite ist an die Gasdüse bzw. Hilfselektrode 11 und außerdem über eine Widerstand-Kondensator-Schaltung N an das Werkstück 7 angeschlossen. Ein Hilfslichtbogen wird zu Beginn zwischen der Schweißelektrode 3 und der Hilfselektrode (bzw. Düse) 11 mittels einer Wolframsonde gezündet. Gleichstrom fließt von der Hilfslichtbogenstromquelle 9 zur Elektrode 3, zur Düse 11 und zurück zur Hilfslichtbogenstromquelle 9.A normal welding alternating current source 1 is connected to a welding electrode 3 and to the workpiece 7 via relay contacts 5. The negative side of an auxiliary arc direct current source 9 is connected to the welding electrode 3, the positive side is connected to the gas nozzle or auxiliary electrode 11 and also to the workpiece 7 via a resistor-capacitor circuit N. An auxiliary arc is initially ignited between the welding electrode 3 and the auxiliary electrode (or nozzle) 11 by means of a tungsten probe. Direct current flows from the auxiliary arc power source 9 to the electrode 3, to the nozzle 11 and back to the auxiliary arc power source 9.

In diesem Zustand besteht eine ionisierte Gasstrecke in der Umgebung des Hilfslichtbogens. Wenn die Bedienungsperson den Brenner in die Nähe des Werkstücks 7 bringt, strömt das ionisierte Gas aus dem Bereich des 13ilfslichtbogens auf das Werkstück 7. Die Bedienungsperson schließt dann den Schalter 13 und erregt damit das Schweißschalterrelais 15, das die Kontakte 5 schließt, wodurch der Kreis von der Schweißwechselstromquelle 1 über das Werkstück? zur Schweißelektrode 3 geschlossen wird. Als Folge hiervon fließt der Schweißwechselstrom von der Schweißwechselstromquelle 1 durch die Elektrode 3 über die vom Hilfslichtbogen ionisierte Gasstrecke zum Werkstück 7. Auf diese Weise ist der Schweißlichtbogen hergestellt.In this state there is an ionized gas path in the area of the auxiliary arc. When the operator brings the torch near the workpiece 7 brings the ionized gas from the area of the auxiliary arc to the Workpiece 7. The operator then closes the switch 13 and thus energizes the welding switch relay 15, which closes the contacts 5, whereby the circuit of the welding AC power source 1 over the workpiece? to the welding electrode 3 closed will. As a result, the alternating welding current flows from the alternating welding power source 1 through the electrode 3 via the gas path ionized by the auxiliary arc to the workpiece 7. The welding arc is created in this way.

Nachdem die Halbperiode mit negativer Elektrode der Wechselstromspannung vollendet und diese Spannung durch Null gegangen ist, erscheint die Leerlaufspannung der Wechselstromquelle 1 plus der Lastspannung der Hilfslichtbogenstromquelle 9 an der Widerstand-Kondensator-Schaltung N, wobei der Kondensator 17 mit der Summe aus Wechselstromspannung und Gleichstromspannung aufgeladen wird. Der Kondensator 17 entlädt sich danach über den Regelwiderstand 10 und über die Strecke zwischen der Düse 11 und dem Werkstück 7 durch die von dem Hilfslichtbogen ionisierte Sehutzgasatmosphäre. Diese Entladung des Kondensators 17 reicht aus, um vom Werkstück 7 einen Elektronenfluß durch die von dem Hilfslichtbogen ionisierte Atmosphäre hindurch zur Schweißelektrode 3 zu verwirklichen, wodurch die Periode umgekehrter Polarität des Wechselstromschweißlichtbogens gezündet und eine »Stabilisierung« dieses Bogens bewirkt wird.After the half cycle with negative electrode of the AC voltage is completed and this voltage has passed through zero, the no-load voltage appears the AC power source 1 plus the load voltage of the auxiliary arc power source 9 at the resistor-capacitor circuit N, the capacitor 17 with the sum is charged from AC voltage and DC voltage. The condenser 17 then discharges through the rheostat 10 and over the distance between the nozzle 11 and the workpiece 7 by the protective gas atmosphere ionized by the auxiliary arc. This discharge of the capacitor 17 is sufficient to cause an electron flow from the workpiece 7 through the atmosphere ionized by the auxiliary arc to the welding electrode 3, eliminating the reverse polarity period of the AC welding arc ignited and a "stabilization" of this arc is effected.

Die folgenden Bedienungen stellen ein typisches Beispiel zur Herstellung einer Hohlkehlschweißung an einem etwa 3,2 mm dicken Aluminiumblech gemäß der Erfindung dar: Schweißstrom 1 ...... 135 Ampere Wechsel- strom (72 Volt Leerlaufspannung) Hilfslichtbogenstrom 9 5 Ampere Gleich- strom (105 Volt Leerlaufspannung) Kondensator 17 ....... 8 Mikrofarad Widerstand 10 ........ 10 Ohm Elektrode 3 ........... 3,2 mm. 2% thoriert Argon ............... 0,56 m3/Std. Wenn nach der Vollendung der Halbperiode mit negativer Elektrode sofort Leitfähigkeit über den Schweißlichtbogen bei der folgenden Halbperiode mit positiver Elektrode unmittelbar erhalten wird, erscheint die volle Leerlaufspannung der Schweißwechselstromquelle nicht an der Widerstand-Kondensator-Schaltung N. In solchen besonderen Fällen ist die Spannungsentladung dieser Widerstand-Kondensator-Schaltung auch nicht erforderlich, um die Halbperiode mit positiver 'Elektrode der Wechselstromspannung zu zünden. Diese besondere Bedingung ist indessen meistens nicht genügend gegeben, um ohne den stabilisierenden Effekt der Kombination eines Hilfslichtbogens mit einer Widerstand-Kondensator-Schaltung gute Schweißergebnisse zu gewährleisten.The following operations represent a typical example for the production of a fillet weld on an approximately 3.2 mm thick aluminum sheet according to the invention: Welding current 1 ...... 135 ampere alternating electricity (72 volts Open circuit voltage) Auxiliary arc current 9 5 amps DC electricity (105 volts Open circuit voltage) Capacitor 17 ....... 8 microfarads Resistance 10 ........ 10 ohms Electrode 3 ........... 3.2 mm. 2% thoriated Argon ............... 0.56 m3 / h. If, after completion of the half cycle with the negative electrode, conductivity is immediately obtained via the welding arc in the following half cycle with the positive electrode, the full open circuit voltage of the welding AC power source does not appear on the resistor-capacitor circuit N. In such special cases, the voltage discharge is this resistor -Capacitor circuit is also not required to ignite the half-cycle with the positive 'electrode of the AC voltage. However, this special condition is usually insufficient to ensure good welding results without the stabilizing effect of the combination of an auxiliary arc with a resistor-capacitor circuit.

Claims

PATENT CLAIM: AC arc protective gas welding device with DC auxiliary arc between welding electrode and nozzle or auxiliary electrode and with a welding arc ignition and stabilization device for capacitor discharge voltage surges at the beginning of each half-cycle with a positively polarized electrode, characterized in that an alternating current arc power source is known in the art (1) are connected to the welding electrode (3) and via a switch (5) to the workpiece (7) and a direct current auxiliary arc power source (9) to the electrode (3) and to the nozzle or auxiliary electrode (11) and that A capacitor (17) and a variable resistor (10) are in series between the DC auxiliary arc power source (9) and the workpiece (7), the electrical characteristics of the circuits being coordinated so that the auxiliary electrode is pre-ionized by the auxiliary arc and the shielding gas flow -Workpiece in a known manner to the voltage surge The beginning of each half cycle is given with a positive electrode. Considered publications: German Patent Specifications No. 1006 987, 1005 662, 1002 097, 1027 822.