DE2007712A1

DE2007712A1 - Bogenschweievorrichtung

Info

Publication number: DE2007712A1
Application number: DE19702007712
Authority: DE
Inventors: Jun Komaki; Hiratnatu Masakl Yawata; Aichi Ukal (Japan). P B23k 9-12
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1969-02-19
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1970-08-20
Also published as: US3637973A; GB1271481A; CH498681A

Description

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokio / Japan

Bogensohweißvorrichtung

Die Erfindiang betrifft eine Bogensohweißvorrichtung, welche mit einer Schweißelektrode und einem dieser gegenüber- i liegenden Werkstück verbunden ist.

Beim Bogenschweißen wird eine elektrische Energiequelle zum Schweißen zuerst über ein Schweißkabel mit einem Werkstück und der zugehörigen Schweißelektrode verbunden und hierauf die Schweißelektrode in leichten Kontakt mit dem Werkstück gebracht, um einen elektrischen Bogen zwischen Schweißstück und Elektrode zu zünden. Der elektrische Begen entsteht deshalb, well in dem Augenblick, in dem die Schweißelektrode in

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Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird, ein von der Quelle zugeführter Strom den Kontaktteil der Elektrode wegschmilzt, während gleichzeitig die Luft durchschlägt und ein Strom über den Spalt zwischen Elektrode und Werkstück zu fließen beginnt.

Wenn eine elektrische Energiequelle mit fallender Charakteristik bei dem manuellen oder automatischen Schweißprozeß verwendet wird, kann häufig die Zündtng des genannten Bogens nicht auftreten. Dies ist das Ergebnis der Erscheinung, daß, solange ein Strom durch das Werkstück und die Schweißelektrode bei direktem Kontakt der beiden fließt, welcher unter der für das Wegschmelzen des Kontaktteils der Elektrode erforderlichen Größe liegt, die Elektrode auf dem Oberflächenteil des Werkstückes, mit welchem sie in Kontakt steht, geschmolzen wird, ohne daß ein Bogen zwischen beiden gezündet wird. In diesem Pail kann kein Bogen gezündet werden, ehe der entsprechende Kurzschlußstrem genügend Wärme in dem zugehörigen Widerstand erzeugt hat, um die Schweißelektrode v*m Werkstück wegzuschmelzen. Das hierfür erforderliche Zeitintervall, ehe ein Bogen gezündet wird, hängt ab vom Durchmesser der verwendeten Schweißelektrode und von der Höhe des Kurzschlußstromes. Je geringer der Kurzschlußstrom in Bezug auf den Durchmesser der Elektrode ist, desto länger wird das Zeitintervall sein. Es kann in einem Bereich von einigen bis zu Io Sekunden liegen.

Die oben beschriebene Erscheinung kann auftreten nicht nur während des Beginns eines Schweißvorgangs, sendern auch dann, wenn das Werkstück während des entsprechenden Schweißvorganges aus irgend einem Grunde mit der zugehörigen Schweißelektrode berührt wird.

Wenn daher ein Bogensohweißvorgang mit einer elektrischen Energiequelle mit fallender Charakteristik durchgeführt wird,

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kann bei bekannten Schweißverrichtungen ein glattes Zünden des elektrischen Bogens möglicherweise nicht miftreten^ was zu einer beträchtlichen Wartezeit bis zum AuFbrerten des elektrischen Bogens führt. Andererseits kann ein während des Schweißens zwischen Werkstück und der zugehörigen Schweißelektrode auftretender Kurzschluß den Bogen löschen. So traten bisher beim Bogensohwelßen Hindernisse bezüglich des glatten Beginns eines Schweißvorgangs und ebenso weitgehend Hindernisse während des eigentlichen Schweißvorgangs auf. Weiter werden die unter diesen Umständen mit einer Bogenschweißung hergestellten Schweißnähte leicht schadhaft. Dies macht eine spätere Ausbesserung nötig, welche zusätzlich die Bearbeitbarkeit vermindert.

Um die genannten Nachteile zu überwinden, wurden Versuche gemacht, beim. Berühren des Werkstücks mit der entsprechenden Schweißelektrode eine getrennte elektrische Energiequelle einzuschalten, welche einen genügend hohen Strom abgeben. :kann, um zusammen mit dem entsprechenden Kurzschlußstrom ein sofrrtiges Wegschmelzen der Schweißelektrode vom Werkstück zu bewirken und hierdurch einen elektrischen Bogen glatt zu zünden, während Kurzschlüsse während des Bogenschweißens zu vermeiden wären. Diese Versuche brachten insoweit keinen Vorteil als die üblichen Bogenschweißvorrichtungen eine eigene elektrische Energiequelle aufweisen oder eingebaut haben, und der Einbau einer getrennten Quelle oder der Neukauf der eigenen Quelle teuer ist.

Entsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, eine neue und verbesserte Bogenschweißvorrichtung vorzusehen, die einfach mid billig Im Aufbau ist, und durch welche erreicht wird, daß der elektrische Bogen nach dem Entfernen eines Kurzschlusses während des Schweißens mit hoher Geschwindigkeit und unabhängig vom Bedieriungsmann zündet, wodurch das Auftreten der Nachtelle infolge der Unterbrechung des elektrischen Bogens vermieden wird,

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was zu großen Verbesserungen in Bearbeitbarkeit führt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bogenschweißvorrichtung eine erste elektrische Energiequelle für die Zufuhr eines Schweißstromes zu der Schweißelektrode und dem Werkstück und eine zweite elektrische Energiequelle aufweist, welche zu der ersten elektrischen Energiequelle parallel schaltbar ist, wobei eine Schalteinrichtung in dem parallelen Kreis der ersten und zweiten elektrischen Energiequelle vorgesehen ist, um den Parallelkreis zu öffnen und zu schließen, und daß Steuereinrichtungen enthalten sind, die auf einen Kurzschluß zwischen Schweißelektrode und Werkstück ansprechen und die Schalteinrichtung schließen, und die auf das Auftreten eines elektrischen Bogens zwischen Schweißelektrode und Werkstück ansprechen und die Schalteinrichtungen öffnen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die ersten und zweiten elektrischen Energiequellen im wesentlichen einander gleich fallende Charakteristiken aufweisen und daß die Steuereinrichtungen ein erstes Relais aufweisen, welches auf die Leerlaufspannung über der ersten Energiequelle anspricht und eingespeist wird, ein zweites Relais aufweisen, welches im Ansprechen auf die Einspeisung des ersten Relais abgeschaltet und im Ansprechen auf eine Schweißspannung zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück zur Ergänzung eines elektrischen Bogens zwischen diesen eingeschaltet wird, und daß sie ein elektromagnetisches Element enthält, welches auf das Arbeiten des zweiten Relais anspricht und die Schalteinrichtung während der Erzeugung eines elektrischen Bogens öffnet.

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Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung noch klarer. Es zeigen

Pig, 1 eine schematische Darstellung einer bekannten BogenschweißvouLchtung, mit schematischem Schaltbild,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bogenschweißvorrichtung mit schematischem Schaltbild, und

Pig. 3 eine grafische Darstellung der Spannungs-Stromcharakteristik der elektrischen Energiequellen in Pig. I oder

Unter Bezugnahme auf Pig. 1 der Zeichnung ist zu ersehen, daß die dargestellte Anordnung eine elektrische Energiequelle Io für die Zufuhr eines Schweißstromes zu einer Schweißelektrode 12 und einem Werkstück 14 enthält. Ein Schweißkabel 16 verbindet die Quelle Io mit der Elektrode 12 und ein Verbindungskabefc 18 verbindet die Quelle Io mit dem Werkstück 14, Wenn die Schweißelektrode 12 während des SchweißVorgangs verbraucht wird, kann sie in bekannter Weise von eiier Vorratsrolle in Richtung des Werkstückes 1Λ vorgeschoben werden. Mit einer fallenden Cha- " rakteristlk der Quelle lo, wie sie in Fig. j5 gezeigt ist, weist die Vorrichtung die oben beschriebenen Nachteile auf.

Mit der Erfindung sollen diese Nachteile Überwunden · werden, und eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Die dargestellte Anordnung enthält zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten Teilen Io bis 18 eine zwei»

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te elektrische Energiequelle 2o, welche parallel zur ersten elektrischen Energiequelle Io geschaltet werden kann, wann immer dies notwendig ist, wie im folgenden beschrieben werden wird. Beide elektrischen Energiequollen Io und 2c sind mit ihren Eingängen mit einer gemeinsamen Energiequelle wie einer nicht gezeigten Wechselstr^mquelle verbunden. Die erste Quelle Io hat eine fallende Charakteristik, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wobei längs der Ordinatenachse eine Spannung V und längs der Abszissenachse ein Strom I aufgetragen ist. Beide Quellen Io und 2o haben vorzugsweise die Form eines Transformaters und sind im wesentlichen identisch im Aufbau. Daher weist die zweite Quelle 2o eine im wesentlichen identische fallende Charakteristik wie die erste Quelle Io auf. Unter diesen Umständen arbeiten die beiden Quellen Io und 2o im wesentlichen synchron miteinander.

Das Werkstück 14 ist mit einer Wicklung eines Gleichstromrelais 22 verbunden, welche weiter über ein Paar in Reihe geschalteter Widerstände 24 und 26 und einen Gleichrichter oder eine Halbleiterdiode 28 mit der Schweißelektrode 12 verbunden ist. Über die Wicklung des Relais 22 ist ein Glättungskondensator J>o zum Glätten der Wicklung zugeführten gleichgerichteten Spannung geschaltet, und der Widerstand 24 ist durch einen Satz normalerweise geschlossener Kontakte 22a des Relais 22 überbrückt. Das Werkstück 14 ist weiter mit einer Wicklung eines zweiten Ololchrtramrelais 32 über einen weiteren Satz normalerweise geschlossener Kontakte 22b des ersten Relais 22 verbunden. Parallel zu der Wicklung ligt ein Glättungskondensator j54, dessen Wirkungsweise gleich der des Kondensators J5t ist, und die Wicklung ist über einen Widerstand j56 weiter mit dem Gleichrichter 28 verbunden. Der Gleichrichter 28 dient dazu, eine Spannung zwischen Schweißelektrode 12 und Werkstück 14 gleichzurichten. Die gleichgerichtete Spannung wird den Wicklungen der Relais 22 und 32 zugeführt.

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Das erste Relais 22 spricht auf die Leerlauf spannung V_Q (siehe Fig. 3) über der ersten Quelle Io so an, daß es über den Gleichrichter 28 eingespeist wird oder anzieht, und spricht auf ein Schweißspannung über der Elektrode 12 und dem Werkstück 14 bei einem Bogen zwischen diesen derart an, daß es über die Kombination der Widerstände 24 und 26 und dia Kontakte 22a abgeschaltet wird «der abfällt.

Das zweite Relais 32 spricht auf das Abfallen des Relais 22 durch Anziehen mit der S chweiß spannung über dem Gleichrich ..oc..· 28 und dem Widerstand 36 an. *

Wie in Pig. 2 gezeigt, ist ein elektromagnetisches Schütz 38 über die Eingänge beider Quellen Ie und 2o über einen Satz normalerweise geschlossener Kontakte 32b des Relais 32 geschaltet und weist einen Satz normalerweise offener Kontakte 38a auf, welche zwischen dem Schweißkabel 16 und dem Ausgang der zweiten Quelle 2o angeordnet sind. Das Schütz 38 spricht auf das Abfallen des zweiten Relais 32 durch Einspeisen derart an, daß seine Kon- · takte 38a geschlossen werden und hierdurch die zweite Quelle 2o parallel zur ersten Quelle Io geschaltet wird.

In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung befindet sich das ä Relais 22 in seinem eingespeisten oder angezogenen Zustand über die Leerlaufspannung V an der. Quelle Io vor dem Beginn des Schweißvergangs. Dies bewirkt, daß die normalerweise geschlossenen Kontakte 22b offen sind, wodurch das Relais 32 in seinem abgeschalteten oder abgefallenen Zustand bleibt, das Schütz 38 jedoch eingespeist ist, um die normalerweise offenen Kontakte 38a zur Verbindung der zweiten Quelle 2o über die erste Quelle zu schließen. . . · ■

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Unter diesen Umständen wird die Schweißelektrode 12 in Kontakt mit dem Werkstück 14 gebracht, worauf die über der Wicklung des Relais 22 anliegende Spannung Null wird, was zum Abfallen des Relais 22 führt. Die Kontakte 22b bleiben daher geschlos sen, das Relais 32 ist jedoch nicht eingespeist, weil die Spannung zwischen Elektrode 12 und Werkstück Ik den Wert Null hat. So bleiben die Kontakte 32b in ihrer geschlossenen Lage und lassen zu, daß dr-s Schütz 38 eingespeist wird, um dessen Kentakte 38a zu schließen und beide Quellen Io und 2<-> parallel zu schalten. Als Ergebnis arbeitet die zweite Quelle 2o mit der ersten Quelle 1? zusammen und führt der Schweißelektrode 12 und dom Werkstück Ik genügend Strom zu, daß die Zwischenschicht, über welche die Elektrode in Kontakt mit dem Werkstück stellt, schnell abgeschmolzcn wird, was zum Auftreten eines Rügens zwischen beiden führt.

Wenn der Bogen gezündet ist, bewirkt die Bogenspannurii; zwischen Elektrode und Werkstück, dai? das Relais 32 eingespeist wird oder anzieht, se daß dessen Kontakte 32b geöffnet werden. Die Öffnung der Kontakte 32b bewirkt, da;, das Schütz JAz abfällt und seine Kontakte 38a geöffnet werden. Daher wird die zwei to Quelle 2o von Cev traten Quelle l<-> gutrennt, wc rauf der Schwel·?-· Vorgang unter Zufuhr von Schweißstrom nur von der ersten Quelle Io fortgesetzt wird.

Während des Sehwoißvorgangs kann die Schweißelektrode das Werkstück 14 aus irgend eint--in Grunde kurzr^lilici.M"-η. In r'i·-- sen; Falle v/ivd din Spannung zwischen der Sehw^itfolektrcde 12 und dein Werkstück 14 Mull, während ein Kurzsohlub'^trnm der nrötfe I_g, wio in Fig. 3 ,-- zript, über Sohwciin loktrodf und Workr-ttiok fließt. T'ici: Ν wirkt das Abfallen dos R- l.-vl.·; V., wcduiv.h dns

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BAD ORIGINAL

Schütz 38 eingespeist wird. Hierauf wird der Vorgang wie oben im Zusammenhang mit dem Beginn des Schweißvorgangs beschrieben wiederholt, bis die Schweißelektrode 12 vom Werkstück weggeschmolzen ist, worauf die zweite Quelle 2o wiederholt von der ersten Quelle Io abgeschaltet wird.

In der Anordnung, wie sie in Pig. 2 gezeigt ist, wird durch Anziehen oder Abfallen des Relais 22 infolge einer Änderung der Spannung über den Quellen Io oder 2« bestimmt, ob die Anordnung in ihrem unbelasteten Zustand oder beim Schweißvorgang ist. Wenn die Quelle jedoch Einrichtungen zur Verhinderung eines olek trischen Schlags enthält, tritt eine solche Änderung in der Spannung zwischen Schweißelektrode und Werkstück RiSht auf. In diesem Fall kann Surch das Schweißkabel l6 oder das Verbindungskabel l8 fließende Strom durch geeignete Einrichtungen abgetastet und für die Betätigung des Relais 22 verwendet werden. Wenn weiter die Frage der Lebensdauer der verschiedenen mechanischen Kontakte auftritt, die mit den Relais 22 und^2 und mit dem Schütz 38 verbunden sind, können alle oder einige von ihnen iurch Transistoren usw. ersetzt werden, um eine kontaktlose Anordnung vorzusehen.

Es j£t vreiter selbstverständlich, daß bei der Verwendung einfacher Mittel wie eines Übertragungsschalters zum Ausserbetriebsetzen der erfindungsgemäßen Anordnung die Quellen unabhängig von einander in der üblichen Art betrieben werden können, um die entsprechenden Schweißströme zu erhalten.

Zusammengefaßt wird entsprechend der Erfindung bei Beginn eines Schweißvorgangs ein Relais betätigt, um zwei elektrische Energiequellen über ein Schütz parallel zu schalten, wodurch die 3chweißelektr»de von dem Werkstück weggeschmolzen, wird und ein

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- Io -

Bogen zwischen beiden entsteht. Hierauf wird ein zweites Relais betätigt, um eine der Quellen abzuschalten, während der Schweißvorgang mit der anderen Quelle weitergeführt wird. Bei einem Kurzschluß wird das Schütz eingeschaltet, um den obigen Vorgang zu wiederholen.

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Claims

- li - Patentanspr ϋ c h e

1. J Bogenschweißvorrichtung, welche mit einer Scliweißelektrode und einem dieser gegenüberliegenden Werkstück verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste elektrische Energiequelle (lo) für die Zufuhr eines Schweißstromes zu der Schweißelektrode (12) und dem Werkstück (l4) und eine zweite elektrische Energiequelle (2o) aufweist, welche zu der ersten elektrischen Energiequelle (lo) parallel schaltbar ist, wobei eine Schalteinrichtung (38a) in dem parallelen Kreis der a ersten und zweiten elektrischen Energiequelle (lo, 2o) vorgesehen ist, um den Parallelkreis zu öffnen und zu schließen, und daß Steuereinrichtungen (22, 32) enthalten sind, die auf einen Kurzschluß zwischen Schweißelektrode (12) und Werkstück (14) ansprechen und·die Schalteinrichtung (j8a) schließen, und die auf das" Auftreten eines elektrischen Bogens zwischen Schweißelektrode (12) und Werkstück (14) ansprechen und die Schalteinrichtung (38a) öffnen.

2. Bogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungan^in Relais '

(32) enthalten, welches nur auf eine Schweißspannung zwischen ä der Schweißelektrode (12) und dem Werkstück (l4) zur Erzeugung eines Bogens zwischen diesen anspricht, und daß sie weiter eine Einrichtung (38) aufweisen, welche auf die Betätigung des Relais (32) anspricht und die Schalteinrichtung (38a) öffnet und schließt. .

3. Bogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die ersten und zweiten elektri-

BADORlGINAt.

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sehen Energiequellen (lo, 2o) im wesentlichen einander gleiche fallende Charakteristiken aufweisen.

4. jiogenschweißvorrlchtung nach einem der vorherigenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen ein erstes Relais (22) aufweisen, welches auf die Leerlaufspannung über der ersten Energiequelle (lo) anspricht und eingespeist wird, ein zweites Relais (32) aufweisen, welches im Ansprechen auf die Einspeisung des ersten Relais (22) abgeschaltet und im Ansprechen auf eine Schweißspannung zwischen der Schweißelektrode (12) und dem Werkstück (l4) zur Erzeugung eines elektrischen Bogens zwischen diesen eingeschaltet wird, und daß sie ein elektromagnetisches Element (j58) enthält, welches auf das Arbeiten des zweiten Relais (j52) anspricht und die Schalteinrichtung (38a) während der Erzeugung eines elektrischen Bogens öffnet.

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