DE19616921C1

DE19616921C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung des Lichtbogens eines Lichtbogenschweißgeräts

Info

Publication number: DE19616921C1
Application number: DE1996116921
Authority: DE
Inventors: Kurt Hornung
Original assignee: Rehm Schweisstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rehm Schweisstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1996-04-27
Filing date: 1996-04-27
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2016-04-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Lichtbogens eines Lichtbogenschweiß geräts, insbesondere eines WIG-Schweißgeräts, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-PS 40 06 202) wird bei einem WIG-Schweißgerät mit einer selbstgeführten Inverter-Stromquelle ein fest vorgegebener Wechselstromfre quenzbereich dem Bereich der Änderung des Wertes des Schweißstromes automatisch zugeordnet. Bei der Wahl einer optimalen Wechselfrequenz des Schweißstromes sind hinsicht lich der Geräuschentwicklung und der Güte der Schweißnaht eine Reihe von Gesichtspunkten zu beachten.

Beim Wechselstrom-Schweißen verursachen die zyklischen Um polungsvorgänge des Schweißstroms eine Geräuschbelästigung, die aus der Gleichstrom-Schweißtechnik nicht bekannt ist. Bei den Anstiegs- und Abstiegsflanken des durch den Null punkt gehenden Schweißstroms erfolgt eine Umpolung des Ma gnetfeldes, dem der Lichtbogen als ionisierendes Plasma ausgesetzt ist. Das Plasma bewegt sich in diesem Magnetfeld wie eine nahezu trägheitslose Membran in einem akustischen Lautsprecher und strahlt dadurch erhebliche Geräusche ab.

Bei großen Schweißströmen treten hohe Stromänderungsge schwindigkeiten und damit starke magnetische Flußwechsel auf, wodurch die Schallabstrahlung des ionisierenden Licht bogens sehr groß wird. Die absolute Stärke des abgestrahl ten Schalls ist der Wechselfrequenz des Schweißstroms di rekt proportional, weil die lärmerzeugenden Umpolungsvor gänge bei hohen Wechselfrequenzen entsprechend oft statt finden. Bei den notwendigen Schweißströmen können Wechsel frequenzen über 150 Hz schon als störend empfunden werden.

Bei der Anwendung des gattungsgemäßen Verfahrens müssen auch die Zusammenhänge der Wechselfrequenz und des Schweiß stroms mit der Güte der Schweißnaht, bzw. der Qualität des Lichtbogens beachtet werden. Insbesondere bei der Anwendung zum Schweißen von Aluminium und dessen Legierungen ist es nachteilig, daß sich auf der Oberfläche dieser Materialien harte und hochtemperaturfeste Oxydschichten mit unter schiedlicher Dicke bilden. Hier ist es erforderlich, daß Hochspannungszündgeräte eingesetzt werden, die mit kurzen aber sehr energiereichen Impulsen die Oxydschicht durch schlagen.

Unterschiedliche Materialien benötigen jeweils eine indivi duelle Optimierung der Kenngrößen des Lichtbogens. Bei sau beren, neuen oder vorbehandelten (z. B. mechanisch oder gal vanisch) Aluminium-Werkstoffen ist die Oxydschicht bei spielsweise dünner und damit leichter zu zerstören als bei älteren oder unbehandelten Materialien. Häufige Polaritäts wechsel beeinflussen dabei die Reinigung der Oberfläche in positiver Weise. Darüber hinaus wirkt der Lichtbogen bei hohen Wechselfrequenzen schlanker und bei niedrigen Wech selfrequenzen breiter auf die Oberfläche des Werkstoffs ein, was zur Erzielung optimaler Schweißergebnisse ausge nutzt werden kann.

Das von der jeweiligen Wechselfrequenz erzeugte Magnetfeld wirkt auch auf das flüssige Schweißbad ein und bringt dies in einen schwingenden Zustand. Bestimmte Wechselfrequenzen können hierbei das Schweißergebnis verbessern oder ver schlechtern; dies hängt beispielsweise ab von der Zusammen setzung des Materials, der Materialdicke, der Art der Schweißnaht und der Art der oben erwähnten Oxydschicht.

Weiterhin ist zu beachten, daß der Schweißstrom bei einem Schweißvorgang nie eine konstante Größe ist und sich im Normalbetrieb laufend ändert oder geändert werden kann, beispielsweise durch die Anstiegs- und Absenkrampe, so daß eine feste Zuordnung der Kenngrößen Strom und Frequenz auch deswegen nachteilig ist.

Aufgabenstellung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß unter Beibehaltung einer optimalen Geräuschminderung eine flexible Anpassung der Kenngrößen des Lichtbogens an unter schiedliche Schweißaufgaben gewährleistet ist.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Beeinflussung des Lichtbogens eines Lichtbogenschweißgeräts, insbesondere eines WIG-Schweißgeräts, mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruchs eine unterschiedliche, jeweils an die aktuelle Schweißaufgabe angepaßte Zuordnung des Änderungs bereiches der Wechselfrequenz des Schweißstroms vorsieht. Hiermit können die eingangs erwähnten Nachteile des bekann ten Verfahrens vermieden werden, die durch unvorteilhafte Einstellungen für die jeweilige Schweißaufgabe hervorgeru fen sind, da eine feste Zuordnung zwischen der Wechselfre quenz und dem Schweißstrom überwunden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen 2 bis 4 angegeben, die auf einfache Weise ei ne Vorgabe eines definierten Verlaufs der zugeordneten Ab hängigkeit der Kenngrößen voneinander ermöglichen.

Mit einer vorteilhaften Vorrichtung nach Anspruch 5 und deren Weiterbildung gemäß Anspruch 5 kann das erfindungsgemäße Verfahren mit den vorhandenen Möglich keiten der Elektronik ausgeführt werden, indem sich mit ei nem Funktionsgenerator in der Steuervorrichtung des Schweißgeräts die optimalen Zuordnungen der Kenngrößen rea lisieren lassen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen,

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Steuervorrichtung eines WIG-Schweißgeräts,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Zuordnung des Wertes der Wechselfrequenz und der Größe des Schweißstroms.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Schweißanordnung mit einem WIG- Schweißgerät dargestellt, bei dem über eine selbstgeführte Inverter-Stromquelle 1 eine Schweißelektrode 2 mit dem Schweißstrom I versorgt wird. An Ausgangsklemmen 3 und 4 ist dieser Schweißstrom I abnehmbar. Die Ausgangsklemme 4 ist beim Ausführungsbeispiel mit einem Werkstück 5 und die Ausgangsklemme 3 mit der Schweißelektrode 2 verbunden.

Die Steuerung der Kenngrößen für den Wert des Schweißstroms I_soll und für den Wert der Wechselfrequenz F_soll erfolgt in einer Steuervorrichtung 6. Ein vorgegebener Sollwert für den Schweißstrom I wird beim dargestellten Ausführungsbei spiel über ein Potentiometer 7 in der Schweißvorrichtung 6 eingestellt. Dieses Stellsignal durchläuft einen ersten Funktionsgenerator 9, in dem die typischen Zeitverläufe während des WIG-Schweißens erzeugt werden; es werden die Anstiegsrampe am Anfang und die Absenkrampe am Ende sowie die Pulsfunktion realisiert. Hieraus ist der Sollwert I_soll für die Steuerung der Leistungsendstufe der Stromquelle 1 an einem ersten Steuereingang 10 gebildet.

An einem zweiten Steuereingang 11 der Stromquelle 1 liegt ein Sollwert F_soll für den Wert der Wechselfrequenz des Schweißstroms I an. Der Sollwert F_soll wird von einem zwei ten Funktionsgenerator 12 erzeugt, der als Eingangsgrößen die Stellwerte zweier Potentiometer 13 und 14 erhält. Mit diesen Potentiometern 13 und 14 können beispielsweise der Wert der Wechselfrequenz bei minimalem Schweißstrom und bei maximalem Schweißstrom eingestellt werden. An einem weite ren Eingang 15 kann eine besondere Kurvenform (bspw. linear oder nichtlinear) der Abhängigkeit der Wechselfrequenz vom Wert des Schweißstromes I eingestellt werden, wobei über einen Eingang 16 die Kopplung mit dem Sollwert I_soll des Schweißstroms I erfolgt.

Die Realisierung der Einstellmöglichkeiten mit den Poten tiometern 7, 13 und 14 beim Ausführungsbeispiel kann in üb licher Weise auch mit digitalen Schaltern vorgenommen wer den, da die Funktionsgeneratoren 9 und 12 in der Regel ebenfalls digital aufgebaut sind und daher diese digitalen Eingangssignale einfach verarbeiten können.

In Fig. 2 sind beispielhaft zwei Verläufe der Abhängigkeit der Wechselfrequenz vom Wert des Schweißstromes I darge stellt. In der Kurve 20 ist ein linear abfallender Verlauf der Wechselfrequenz und in der Kurve 21 ist ein nichtlinear steigender Verlauf bei steigendem Schweißstrom I gezeigt.

Claims

1. Verfahren zur Beeinflussung des Lichtbogens eines Licht bogenschweißgeräts, insbesondere eines WIG-Schweißgeräts, bei dem

- der Lichtbogen durch einen Schweißstrom (I) mit einer veränderbaren Wechselfrequenz erzeugt wird, wobei die Ver änderung der Wechselfrequenz zumindest in Teilbereichen mit einer Veränderung der Größe des Schweißstromes (I) automa tisch korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, daß
- jedem Wert der Größe des Schweißstromes (I) ein vorgebba rer Wert der Wechselfrequenz (F_soll) zugeordnet wird, wobei diese Zuordnung auch während des Schweißvorgangs verändert werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert des Schweißstromes (I) ein linearer Verlauf der Änderung der Wechselfrequenz (F_soll) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert des Schweißstromes (I) ein nichtlinearer Verlauf der Ände rung der Wechselfrequenz mit einer beliebig vorgebbaren Funktion erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß

- einem oder mehreren ausgewählten Werten des Schweißstro mes (I) Werte der Wechselfrequenz (F_soll) zugeordnet werden und
- daß die Werte der Wechselfrequenz (F_soll) bis zum jeweiligen minimalen und maximalen Wert des Schweißstromes (I) durch Interpolation nach einer vorgebbaren Funktion ermittelt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Lichtbogenschweißgerät eine Steuervorrichtung (6) für die Kenngrößen des Lichtbogens aufweist, an der eine Eingabe vorrichtung (7, 13, 14) für die Einstellung mindestens eines Stromwertes (I_soll) des Schweißstromes (I) und des jeweils zugeordneten Wertes der Wechselfrequenz (F_soll) angeordnet ist und daß
- die Steuervorrichtung (6) einen zweiten Funktionsgenera tor (12) enthält, der eine vorgebbare oder vorprogrammierte Zuordnung der Wechselfrequenz (F_soll) zu den Stromwerten (I_soll) des Schweißstromes (I) bewirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

- der zweite Funktionsgenerator (12) mit den Stellwerten von Potentiometern (13, 14) oder digitalen Schaltern beauf schlagbar ist, mit denen der Wert der Wechselfrequenz (F_soll) bei minimalem Schweißstrom (I) und der Wert der Wechselfrequenz (F_Soll) bei maximalem Schweißstrom (I) einstellbar ist und daß
- dem Funktionsgenerator (12) über einen Eingang (15) un terschiedliche Kurvenformen (20, 21) für die Abhängigkeit der Wechselfrequenz (F_soll) vom Schweißstrom (I) vorgebbar sind.