DE19616921C1 - Welding arc regulation for arc welding device - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to a method and a device for influencing the arc of an arc welding device, in particular a TIG welding machine, according to Preamble of the main claim.
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.In a known method of this type (DE-PS 40 06 202) with a TIG welding machine with a self-guided Inverter power source a fixed predetermined alternating current fre frequency range the range of change in the value of the Welding current automatically assigned. When choosing one optimum alternating frequency of the welding current are important Lich the noise and the quality of the weld a number of points to consider.
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.In AC welding, the cyclic Um cause polarization processes of the welding current a noise nuisance, which is not known from direct current welding technology. On the rising and falling edges of the through zero polarity reversal of the Ma gnetfeldes, which the arc as an ionizing plasma is exposed. The plasma moves in this magnetic field like an almost inertia-free membrane in an acoustic Loudspeaker and thus emits considerable noise.
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.With large welding currents, high current changes occur speeds and thus strong magnetic flux changes on, causing the sound radiation of the ionizing light bow becomes very large. The absolute strength of the radiated ten sound is the alternating frequency of the welding current di right proportional, because the noise-generating polarity reversal correspondingly often take place at high alternating frequencies Find. With the necessary welding currents, changes can occur frequencies above 150 Hz are perceived as annoying.
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.When using the generic method must also the relationship between the alternating frequency and sweat current with the quality of the weld, or the quality of the Arc are observed. Especially in the application it is for welding aluminum and its alloys disadvantageous that on the surface of these materials hard and high temperature resistant oxide layers with under form different thickness. Here it is necessary that High voltage ignitors are used with short but very energetic impulses through the oxide layer beat.
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.Different materials each require an individual duel optimization of the parameters of the arc. With sow other, new or pretreated (e.g. mechanical or gal vanisch) aluminum materials is the oxide layer for example thinner and therefore easier to destroy than in older or untreated materials. Frequent polarity changes affect the cleaning of the surface positive way. The arc also helps high alternating frequencies are slimmer and at low alternations selfrequencies wider on the surface of the material a what is used to achieve optimal welding results can be used.
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.The magnetic field generated by the respective alternating frequency also has an effect on the liquid weld pool and brings this in a vibrating state. Certain alternating frequencies can improve the welding result or ver worse; this depends on the relationship, for example setting of the material, the material thickness, the type of Weld and the type of oxide layer mentioned above.
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.It should also be noted that the welding current at a Welding process is never a constant size and is in the Normal operation changes or can be changed continuously, for example by the ascent and descent ramp, so that a fixed assignment of the parameters current and frequency also is therefore disadvantageous.
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. The object of the invention is to provide a method and a direction of the type mentioned so that while maintaining optimal noise reduction flexible adjustment of the parameters of the arc to under different welding tasks is guaranteed.
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.This object becomes more advantageous according to the invention Way solved that a method of influencing the arc of an arc welding device, in particular a TIG welding machine with the characteristics of the license plate of the main claim a different one, each to the current welding task, adjusted assignment of the change range of the alternating frequency of the welding current. Herewith the known disadvantages of the known ten procedures are avoided by unfavorable Settings for the respective welding task are because there is a fixed assignment between the change frequency quence and the welding current is overcome.
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.Advantageous further developments of the invention are given in the subclaims 2 to 4 , which in a simple manner enable a predetermined course of the associated dependency of the parameters from one another.
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.With an advantageous device according to claim 5 and its development according to claim 5 can the inventive method with the available options electronics can be carried out by using ei nem function generator in the control device of the Welder the optimal assignments of the parameters rea get lized.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen,An embodiment of the invention is based on the Drawing explained. Show it,
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Steuervorrichtung eines WIG-Schweißgeräts, Fig. 1 is a schematic diagram of the control device of a TIG welding machine,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Zuordnung des Wertes der Wechselfrequenz und der Größe des Schweißstroms. Fig. 2 is a diagram for explaining the assignment of the value of the alternating frequency and the size of the welding current.
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.In Fig. 1, a welding assembly is shown with a TIG welder, wherein the self-commutated via an inverter power source is a welding electrode 2 is supplied with the welding current I 1. This welding current I can be removed at output terminals 3 and 4 . In the exemplary embodiment, the output terminal 4 is connected to a workpiece 5 and the output terminal 3 to the welding electrode 2 .
Die Steuerung der Kenngrößen für den Wert des Schweißstroms Isoll und für den Wert der Wechselfrequenz Fsoll 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 Isoll für die Steuerung der Leistungsendstufe der Stromquelle 1 an einem ersten Steuereingang 10 gebildet.The control parameters for the value of the welding current I Soll and for the value of the alternating frequency F Soll are carried out in a control device 6 . A predetermined setpoint value for the welding current I is set in the exemplary embodiment shown via a potentiometer 7 in the welding device 6 . This control signal passes through a first function generator 9 , in which the typical time profiles are generated during TIG welding; the rise ramp at the beginning and the descent ramp at the end as well as the pulse function are implemented. From this it is the target value I is formed for controlling the power output stage of the power source 1 to a first control input of the tenth
An einem zweiten Steuereingang 11 der Stromquelle 1 liegt ein Sollwert Fsoll für den Wert der Wechselfrequenz des Schweißstroms I an. Der Sollwert Fsoll 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 Isoll des Schweißstroms I erfolgt.At a second control input 11 of the current source 1 is a desired value F is intended to join the value of the frequency of the welding current I. The setpoint F Soll is generated by a two-th function generator 12 , which receives the manipulated values of two potentiometers 13 and 14 as input variables. These potentiometers 13 and 14 can be used, for example, to set the value of the alternating frequency at a minimum welding current and at a maximum welding current. At a wide ren input 15 of a special curve shape (eg. Linear or non-linear) the dependency of the change of frequency can be set by the value of the welding current I, which via an input 16, the coupling with the target value I is carried out of the welding current I.
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.The realization of the setting options with the potentiometers 7 , 13 and 14 in the exemplary embodiment can also be carried out with digital switches in the usual manner, since the function generators 9 and 12 are also generally digital and can therefore easily process these digital input signals.
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.In Fig. 2 two curves of the dependency of the alternating frequency on the value of the welding current I are exemplary. Curve 20 shows a linearly decreasing profile of the alternating frequency and curve 21 shows a non-linearly increasing profile with increasing welding current I.
Claims (6)
- - 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 (Fsoll) zugeordnet wird, wobei diese Zuordnung auch während des Schweißvorgangs verändert werden kann.
- - The arc is generated by a welding current (I) with a variable alternating frequency, the change in the alternating frequency Ver at least in some areas corresponding to a change in the size of the welding current (I) automatically, characterized in that
- - Each value of the size of the welding current (I) is assigned a predeterminable value of the alternating frequency (F target ), which assignment can also be changed during the welding process.
- - zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert des Schweißstromes (I) ein linearer Verlauf der Änderung der Wechselfrequenz (Fsoll) erzeugt wird.
- - Between a minimum value and a maximum value of the welding current (I), a linear course of the change in the alternating frequency (F Soll ) is generated.
- - 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.
- - Between a minimum value and a maximum value of the welding current (I), a non-linear course of the change of the alternating frequency is generated with a function that can be predetermined.
- - einem oder mehreren ausgewählten Werten des Schweißstro mes (I) Werte der Wechselfrequenz (Fsoll) zugeordnet werden und
- - daß die Werte der Wechselfrequenz (Fsoll) bis zum jeweiligen minimalen und maximalen Wert des Schweißstromes (I) durch Interpolation nach einer vorgebbaren Funktion ermittelt werden.
- - One or more selected values of the welding current (I) values of the alternating frequency (F should ) are assigned and
- - That the values of the alternating frequency (F soll ) up to the respective minimum and maximum value of the welding current (I) are determined by interpolation according to a predefinable function.
- - 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 (Isoll) des Schweißstromes (I) und des jeweils zugeordneten Wertes der Wechselfrequenz (Fsoll) angeordnet ist und daß
- - die Steuervorrichtung (6) einen zweiten Funktionsgenera tor (12) enthält, der eine vorgebbare oder vorprogrammierte Zuordnung der Wechselfrequenz (Fsoll) zu den Stromwerten (Isoll) des Schweißstromes (I) bewirkt.
- - the arc welder has a control device (6) for the characteristic values of the arc device to the input (7, 13, 14) for adjusting at least a current value (I soll) of the welding current (I) and the respectively assigned value of the AC frequency ( F is intended ) and that
- - The control device ( 6 ) contains a second functional generator ( 12 ), which causes a predeterminable or preprogrammed assignment of the alternating frequency (F target ) to the current values (I target ) of the welding current (I).
- - der zweite Funktionsgenerator (12) mit den Stellwerten von Potentiometern (13, 14) oder digitalen Schaltern beauf schlagbar ist, mit denen der Wert der Wechselfrequenz (Fsoll) bei minimalem Schweißstrom (I) und der Wert der Wechselfrequenz (FSoll) 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 (Fsoll) vom Schweißstrom (I) vorgebbar sind.
- - the second function generator (12) is connected to the control outputs of potentiometers (13, 14) or digital switches beauf beatable with which the value of the AC frequency (F soll) with a minimum welding current (I) and the value of the AC frequency (F ref) with maximum welding current (I) is adjustable and that
- - the function generator (12) via an input (15) un terschiedliche waveforms (20, 21) for the dependency of the change of frequency (F soll) of the welding current (I) can be predetermined.
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