DE1690561C3 - Verfahren und Stromquelle zum LichtbogenschweiBen mit abschmelzender Elektrode mit periodisch pulsierendem Schweißstrom - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen in einer im wesentlichen inerten Schutzgasatmosphäre mit abschmelzender Elektrode mit periodisch pulsierendem Schweißstrom, bestehend aus Perioden aneinander anschließender Impulse gleicher Polarität mit drei unterschiedlichen Amplitudenwerten, die so gewählt werden, daß durch den ersten Impuls mit dem kleinsten Amplitudenwert (Grundamplitude) der Lichtbogen ohne wesentliches Aufschmelzen des Materials am Elektrodenende aufrechterhalten wird, durch den anschließenden Impuls mit dem mittleren der drei Amplitudenwerte (Nebenamplitude) jeweils ein Teil des Materials am Elektrodenende für den nachfolgenden Ablösevorgang geschmolzen wird und den folgenden Impuls mit dem größten Amplitudenwert (Haüptarr.pütude) jeweils geschmolzenes Material ip. Form eines Tropfens vom Elektrodenende abgelöst

Ein solches Verfahren ist durch die BE-PS 6 87 319 bekannt.

Beim Erniedrigen des Strommittelwertes geht dort die ursprüngliche Wirkung der Nebenhalbwelle und der Haupthalbwelle (Anschmelzen der Elektrodenspitze bzw. Ablösen eines Tropfens von der Elektrodenspitze) bei Unterschreiten eines bestimmten Wertes verloren, so daß der Zeitpunkt der Tropfenablösung nicht mehr definiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei diesem bekannten Verfahren diese Schwierigkeiten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zwischen der Nebenamplitude und der Hauptamplitude eine weitere Grundamplitude, während welcher der Schweißstrom kurzzeitig auf einen Wert absinkt, der zum Aufrechterhalten eines stetig brennenden Lichtbogens nicht mehr ausreicht, vorgesehen wird.

Ein definierter Zeitpunkt für die Tropfenablösung läßt sich dabei auch bei weiterer Erniedrigung der mittleren Strombelastung dadurch erreichen, daß Hauptamplitude und Nebenamplitude so aufeinander abgestimmt werden, daß die Nebenamplitude den noch im Lichtbogen befindlichen Materialtropfen der vorangegangenen Ablösung in Richtung Schweißbad beschleunigt. Gute Ergebnisse lassen sich dabei mit einer Nebenamplitude mit einem 1,2- bis 7fachen Scheitelwert des maximalen Wertes der ersten Grundamplitude und einer Hauptamplitude mit einem 2,5- bis lOfachen Scheitelwert des maximalen Wertes der ersten Grundamplitude erreichen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Stromquellen sind in den Patentansprüchen 3 und 4 gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema des zeitlichen Verlaufs der Amplitudenwerte des Schweißstromes zwischen der Elektrode und dem Werkstück; unterhalb dieses Kurvenverlaufes sind die zeitlich aufeinanderfolgenden Vorgänge bei der Materialablösung und Übertragung im Lichtbogen dargestellt,

Fig.2 ein Schema einer typischen Amplitudenrelation bei niedrigem Mittelwert des Schweißstromes,

F i g. 3 ein Schema einer typischen Amplitudenrelation bei höherem mittleren Schweißstrom,

F i g. 4 ein Schaltbild eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Schweißgerätes.

Die beiden Darstellungen der F i g. 1 zeigen den Zusammenhang zwischen dem zeitlichen Verlauf des Schweißstromes /und dem Materialübergang zwischen der Elektrode und dem Werkstück. Auf der Ordinate der oberen Darstellung ist die Stromstärke ; und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen. Zum Zeitpunkt ft beginnt die Grundamplitude 4. Dieser schließt sich die Hauptamplitude 1 zum Zeitpunkt t\ an, welche bis zum Zeitpunkt ti andauert. Die Hauptamplitude 1 hat eine wesentlich höhere Stärke als die Grundamplitude 4. Zum Zeitpunkt ti beginnt die Grundamplitude 2 und dauert bis ti. Die Grundamplitude 2 kann ungefähr die

nisse bei mittlerer spezifischer Strombelastung der Elektrode 5 erhält man lediglich durch entsprechendes Einstellen der Schweißspannung und Einregulierung des Drahtvorschubes. Letzteres wird bei der F ι g- 4 naher beschrieben. Hier sei jedoch darauf hingewiesen, daß durch die Anordnung der Impedanzen in den sekundärseitigen Wechselstrom führenden Phasen des Gerätes nach F i g. 4 die automatische Einstellung der verschiedenen Verhältnisse zwischen den Scheitelwerten der Hauptamplitude 1 und der Grundamphtude i sowie der Nebenamplitude 3 und der Grundamphtude 2 automatisch erfolgt. Selbstverständlich ändert sicn der Scheitelwert der Grundamplitude 4 gleichsinnig mit dem Scheitelwert der Grundamplitude 2. Aus diesem

diese impedanzen aus Ko

aufgebaut. Bei noch höherer spezifischer St

stung der Elektrode 5 ändert sich das Verhältnis noch

mehr, wie es in der F i g. 3 gezeigt ist.

In der F i g.4 ist das Schaltbild eines Gerätes dargestellt, mit dem das vorhin beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Dieses Gerat besteht aus dem Transformatorsystem 9 und der Gleichnchteranordnung 10 mit den dazwischengeschalteten Impedan-

•leiche Stärke wie die Grundamplitude 4 besitzen. An %r Grundamplitude 2 schließt sich zum Zeitpunkt η die Nebenamplitude 3 an, welche bis zum Zeitpunkt t* dauert. Nun beginnt wieder ein neuer Zy'üus, der aus

Cler Urüinjäiiip·!"—- ., — C. . ....._r._u:.!p..l_uuw S, «...

Grundamplitude 2 und der Nebenamolitude 3 besteht. Ein Arbeitszyklus dauert also von Zeitpunkt ta bis Zeitpunkt M. Diese drei wesentlich unterschiedlichen Amnlitudenwerte in Form zweier Grund-, einer Neben- und einer Huuptamplitude ergeben sich bei Verwendung der Anordnung wie sie in der F i g. 4 gezeichnet ist Diese Anordnung wird später noch näher beschrieben. In der unter dem Diagramm der F i g. 1 gezeigten

Darstellung ist zum Zeitpunkt t\ — zu Beginn der aem acneiieiwcri uci uiu..u«.._r...»-~ - . , . . Hauptamplitude 1 - am Ende der Elektrode 5 ein Teil 15 Grinde sind, wie später noch näher beschriebener^, 6 des Materials geschmolzen. Das Materialist nicht von diese impedanzen aus kornorientierten^ der vorhergehenden Grundamplitude 4, sondern von
der zeitlich davorliegenden Nebenampliride 3 aufgeschmolzen worden. Im Zeitraum η bis iz wird durch die
Einwirkung der Hauptamplitude 1 noch mehr Material 20
geschmolzen, so daß bis spätestens zum Zeitpunkt η
das Material in Form eines einzigen T.opfens 7 vom
Ende der Elektrode 5 abgelöst wird. Dies ist durch die

«trichlinierte Linie zwischen dem oberen Diagramm uiu..u.i_e ■« ....v ^.. — _o „,„„rcnronng

und der unteren Darstellung gezeigt. Während der >₅ zen 11, 12,13. Die Netzspannung zur Stromversorgung

Dauer der nachfolgenden Grundamplitude 2 zwischen wird an die Anschlüsse 14,15 Ib

den Zeitpunkten η und η befindet sich das Material 7 Primärwicklungen 17, 18, 19 des

in Tropfenform auf dem Wege zwischen der Elektrode 9 sind Anzapfungen 20, 21. 22 ν

5 zum Werkstück 8. In dieser Zeit ist die Schweiß- zapfungen dienen zur Änderung des

Stromstärke so niedrig, daß praktisch kein Aufschmel- 30 hältnisses des Transformatorsystems 9 und^somit^zur

zen von weiterem Material am Ende der Elektrode 5 Änderung der Ausgangspannung der

prfnlet Während des Auftretens der nachfolgenden tung an den Klemmen 23. 24. Die bei

Nebenamplitude 3 im Zeitraum n- /4 wird der Material- 25, 26, 27 des Transformatorsystems sind be

Trop en 7^n Richtung Werkstück 8 beschleunigt. Die im Dreieck geschaltet und ™8n«.sc^m.t

NeL.mp.hude 3, verflüssigt gleichzeiüg eine^ Teil 35 seite des System ve ^Durd.d ,Ano rdn^g^

die in den Fig.l. 2, 3 gezeigten, wesentlich unterschiedlichen Amplituden in Form zweier Grund-, einer Neben- und einer Hauptamplitude. Diese Impedanzen 40 sind so dimensioniert, daß die Scheitelwerte der einzelnen Amplituden die bereits erwähnten Größen annehmen und somit einen einwandfreien und gleichmäßigen Materialtransport von der Elektrode 5 auf das Werkstück 8 gewährleisten. Der Impedanz 13 liegt ein Scnal-Se'r^U1&Siwerie"dcr Nebenamplitude 3 und der 45 ter 28 parallel. Die^Funktionsweise^dieses^Schalters 1

bSe^;^^ Är,rr^^Äder_r,^

sches Beispiel für spezifisch niedrige Strombelastung und die ™^^^£^Τ^ ₅0 Hz. Bei ge-

flüssige Material im Schweißbad 8 infolge der impulsartigen Einwirkungen der einzelnen Amplituden günstig

. · fι η 100 HZ. in diesem ran »».." ν«.. ■··■·· „

beeinflußt. . n-nnriamnlituden 2 4 zu Nebenamplituden vergroüert.

Wenn nun mit einer höheren, mittleren spezifischen 60 g. undamphtuden 2, 4J μ _ ^.^ _gese

Säsr £ srvÄfÄpe 1~~^;r iss -

INeDenainyiiiuu*- j yv.hiuoj_<&i _b.~.~... _o

des Materials am Elektrodenende 6, so daß seine Ablösung im zeitlich folgenden Arbeitszyklus durch die Hauptamplitude 1 vorbereite! wird. Nach Beendigung der Nebenamplitude 3 beginnt der nächste Arbeitszyklus, der aus den gleichen Amplituden 4,1,2, 3 besieht.

Der Vergleich der F i g. 2 und 3 zeigt den Selbstregeleffekt. In der F i g. 2 ist als Beispiel das Verhältnis der Scheitelwerte der Hauptamplitude 1 und der Grundamplitude 2 mit 10 :1 dargestellt. Das Verhältnis

ickt, erscneini an ucu mwm...»... — -·■- - ■ an der Elektrode 5 und an dem Werkstuck 8, die Hauptamplitude 1 mit doppelter Netzfrequenz z_B. 100 Hz. In diesem Fall wird der mittlere Teil der

;iner mittleren spezifischen Drahtbelastung entsprechen, erfaßt. Auf Grund des höheren Materialangebotes ist hierbei jedoch auch eine zeitlich kürzere Aufeinanderfolge der Haupt- und Nebenamplituden erwünscht, d.h., die Zeitabschnitte, während welchen praktisch kein Material aufgeschmolzen wird, fallen hierbei wunschgemäß fast weg.

Dieser geschilderte Verlauf der Amplituden für beide Frequenzen kann vorteilhafterweise durch die Verwendung von kornorientierten Blechen als Kerne der Impedanzen 11 und 12 erreicht werden.

Die Impedanzen 11,12 können induktive Widerstände mit einem ohmschen Wirkanteil sein, wie z. B. Drosselspulen. Es ist auch daran gedacht worden, diese Impedanzen als LC-Stromkreise in Form von Reihenresonanz- oder Parallelresonanzkreisen auszubilden. Selbstverständlich können auch diese Impedanzen U, 12 als vorwiegend kapazitive Widerstände, z. B. Kondensatoren, ausgebildet sein. Hierdurch wird eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Amplituden untereinander erreicht. Vorzugsweise wird natürlich nur eine dieser beiden Impedanzen als vorwiegend kapazitiver Widerstand ausgebildet werden, so daß auch nur eine Amplitude zeitlich verschoben wird. Darüber hinaus können auch beide Impedanzen oder auch nur eine als Transduktor ausgebildet sein. Die Impedanz 13, welche im Halbwellenstrom führenden Zweig des Gleichrichtersatzes 10 atfgeordnet ist, kann ein vorwiegend induktiver Widerstand sein oder in Form eines Transduktors aufgebaut sein. Es ist auch daran gedacht worden, daß diese Impedanz 13 ein stufenlos einstellbarer rein ohmscher Widerstand ist, wie z. B. ein Potentiometer. Durch diese besonderen Ausbildungen der Impedanz 13 ist es also möglich, daß die Ausbildung der Nebenamplitude 3 variierbar ist. Hierdurch ergibt sich eine Änderung der mittleren Ausgangsspannung an den

ίο Klemmen 23 und 24. Selbstverständlich ist dieser Effekt nur ausnutzbar, wenn der Schalter 28 geöffnet ist, d. h. wenn die Impedanz 13 im Stromkreis liegt.

Bei dem Gerät nach F i g. 4 können die einzelnen Bauelemente selbstverständlich ohne weiteres durch ähnliche Bauelemente ersetzt werden. Zum Beispiel kann das Transformatorsystem 9 durch einen Drehstromgenerator ersetzt werden. Selbstverständlich können auch die Dioden, welche in der F i g. 4 im Gleichrichter 10 eingezeichnet sind, durch steuerbare Gleichrichter — sogenannte Thyristoren — ersetzt werden. Hierdurch erhält man eine sehr günstige Spannungsregulierung innerhalb von engen Bereichen, ohne daß die Amplitudenverhältnisse, wie sie in den F i g. 1 bis 3 beschrieben worden sind, wesentlich verändert werden. Außerdem können den Primärwicklungen 17, 18,19 Transduktoren vorgeschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lichtbogenschweißen in einer

im wesentlichen inerten Schutzgasatmosphäre mit abschmelzender Elektrode mit periodisch pulsierendem Schweißstrom, bestehend aus Perioden aneinander anschließender Impulse gleicher Polarität mit drei unterschiedlichen Amplitudenwerten, die so gewählt werden, daß durch den ersten Impuls mit dem kleinsten Amplitudenwert (Grundamplitude) der Lichtbogen ohne wesentliches Aufschmelzen des Materials am Elektrodenende aufrechterhalten wird, durch den anschließenden Impuls mit dem mittleren der drei Amplitudenwerte (Nebenampliiude) jeweils ein Teil des Materials am Elektrodenende für den nachfolgenden Ablösevorgang geschmolzen wird und den folgenden Impuls mit dem größten Amplitudenwert (Hauptamplitude) jeweils geschmolzenes Material in Form eines Tropfens vom Elektrodenende abgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Nebenamplitude (3) und der Hauptamplitude (I) eine weitere Grundamplitude (4), während welcher der Schweißstrom (i) kurzzeitig auf einen Wert absinkt, der zum Aufrechterhalten eines stetig brennenden Lichtbogens nicht mehr ausreicht, vorgesehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hauptamplitude (1) und Nebenamplitude (3) so aufeinander abgestimmt werden, daß die Nebenamplitude (3) den noch im Lichtbogen befindlichen Materialtropfen (7) der vorangegangenen Ablösung in Richtung Schweißbad beschleunigt.

3. Stromquelle zur Durchführung des Verfahrens nacli Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einer dreiphasigen Wechselstromquelle, der über Impedanzen eine Gleichrichterbrücke nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei der drei Ausgangsleitungen der Wechselstromquelle (9) je eine Impedanz (11, 12) und in einen der mit der dritten Ausgangsleitung verbundenen Brückenzweige einen Impedanz (13) eingeschaltet sind.

4. Stromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen (11,12) in den Wechselstrom führenden Leitern des Transformatorsystems (9) Kerne aus kornorientierten Blechen enthalten, wodurch bei ansteigender mittlerer Schweißstromstärke das Verhältnis der Scheitelwerte von Haupt- und Nebenamplitude automatisch von etwa 4:1 auf nahezu 1 :1 geändert wird und gleichzeitig die Kurvenformen der Amplituden beeinflußt werden.