DE2538715C3 - Verfahren zur Endkrater-Füllung beim maschinellen Lichtbogenschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Endkrater-Füllung beim maschinellen Lichtbogenschweißen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Beim maschinellen Lichtbogenschweißen wird gegen Ende dor Schweißnaht der Werkstückvorschub und der Vorschub für die auf Spulen aufgewickelte Drahtelektrode abgeschaltet. Da aber der Läufer des Vorschubmotors für den Elektrodenvorschub eine träge Masse besitzt, läuft dieser Motor normalerweise nach dem Abschalten noch eine gewisse Zeit lang nach und bewirkt ein Nachschieben von Elektrodenmaterial. Dieses nachschiebende Elektrodenmaterial muß freigebrannt werden. Würde dies nicht geschehen, so bestünde die Gefahr, daß die nachschiebende Elektrode, würde der Lichtbogen abgeschaltet werden, auf die noch glühende Naht am Werkstück auftrifft und dort festschweißt. Um dies zu vermeiden, wird bisher üblicherweise die Lichtbogenspannung zeitlich über den Abschaltzeitpunkt des Elektrodenvorschubes hinaus stehengelassen, so daß die nachschiebende Elektrode aufgrund des fortbestehenden Lichtbogens abbrennen kann. Das mit nachlassender Geschwindigkeit nachschiebende Elektrodenmaterial würde bei unverminderter Schweißenergie schneller abbrennen, als es nachgeschoben wird, so daß der Elektrodenabstand und somit die Lichtbogenlänge und auch die vom Lichtbogen bestrichene Fläche anwachsen würden. In den Einsatzfällen, in denen es — werkstückbedingt — nicht möglich ist, den Schweißstellenvorschub über das Schweißnahtende hinaus weiterlaufen zu lassen, bliebe der die nachschiebende Elektrode abbrennende und größer werdende Lichtbogen am Schweißnahtende stehen und würde örtlich einen größeren Bereich des Werkstückes am Schweißnahtende aufschmelzen. Es entstünde ein Endkrater, der die Schweißnaht verkürzen und an den angrenzenden Werkstückwandungen Abschmelzungen und Schwachstellen hervorrufen würde. Das in dieser Phase abgebrannte Elektrodenmaterial wäre in der Menge wesentlich weniger, als was durch den Lichtbogen vom Werkstück abgeschmolzen würde; im übrigen ginge der Abbrand der Elektrode in dieser Phase wegen des sich erweiternden Abstandes für das Werkstück bzw. die Schweißnaht weitgehend verloren. Der Elektrodenabbrand würde ungenutzt in der Umgebung verspritzt werden.

Bekannt sind Einrichtungen, bei denen mit ansteuer- ^(>n baren Gleichrichterschaltungen (Thyristoren) über verschieden einstellbare Widerstände die Spannung am Ende der Schweißung und gleichzeitig auch der Elektrodenmaterialvorschub entsprechend einer gegenseitigen Abhängigkeit gemindert wird. Dadurch wird ⁽¹' zwar ein Freibrennen der Elektrode ohne Bildung eines Endkraters mit geringerer Stromstärke erreicht. Die Erfindung geht aber von einer einfacheren Konstantspannungs-Stromquelle üblicher Bauart mit Stufenschaltungen aus, mit denen der Drei-Phasen-Trafo angeschnitten wird. Bei diesen Einrichtungen wäre ein zeitlich gezieltes kurzfristiges Ansteuern einer bestimmten Spannung nur unter unvertretbar großem schaltungstechnischen Aufwand möglich.

Denkbar wäre es auch, für die Vorschubmotoren eine Schnellabbremsung vorzusehen. Diese Möglichkeit scheitert in der Praxis aber ebenfalls an einem dazu erforderlichen großen Aufwand, der nicht zu vertreten wäre.

Es ist bei maschinellen Schutzgasschweißungen bekannt (vgl. Handbuch des Schutzgasschweißens, Düsseldorf, 1969, S. 73), zum Endkrater-Füllen auf der Gleichstromseite der Schweißstromquelle wenigstens einen Vorschaltwiderstand vorübergehend einzuschalten. Hierdurch wird die Schweißenergie in der Endphase reduziert und ein Endkrater vermieden. Nachteilig daran ist, daß der Widerstand, der auf die Schweißleistung ausgelegt sein muß, in der Anschaffung sehr teuer ist Außerdem wird über ihn viel Schweißenergie nutzlos in Wärme überführt, die womöglich durch Kühleinrichtungen zwangsweise abgeführt werden muß. Der über den Widerstand in Wärme überführte Energieanteil — er kann bei Kurznähten bis zu 7% der gesamten Schweißenergie betragen — belastet eine solche Verfahrensweise hinsichtlich der laufenden Betriebskosten auch sehr.

Es ist ferner bekannt (vgl. US-PS 30 69 533), gegen Ende der maschinell ausgeführten Schweißnaht die Schweißspannung und den Vorschub der sich verzehrenden Elektrode zu vermindern, um die Bildung eines Endkraters zu vermeiden. Hierzu ist aber auf der Primärseite der Schweißstromquelle eine komplizierte und teuere Schaltung vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, anzugeben, wie beim maschinellen Schweißen der eingangs genannten Art ein Endkrater mit einfachen Mitteln vermieden und dennoch die Elektrode freigebrannt werden kann.

Zur Lesung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs verfahren. Dies kann mit einem handelsüblichen Schaltschütz ohne großen schaltungstechnischen Aufwand realisiert werden. Die Umschaltung der Vorschubmotoren für den Elektrodenvorschub kann bei — auch mittelbar — potentiometergesteuerten Motoren durch ein Potentiometer mit zwei einstellbaren Abgriffen und Umschaltung der Abgriffe in einfacher Weise und stufenlos verwirklicht werden. Der Schweißeiektrodenvorschub kann den geänderten elektrischen und Lichtbogendaten somit angepaßt werden. Die Einstellung der Elektrodenvorschubgeschwindigkeit in der Übergangszeit erfolgt durch den erfahrenen Betriebsmann so, daß der Lichtbogen mit gleicher Stabilität weiterbrennt wie zuvor. Die — dem Fachmann durch das Lichtbogengeräusch erkennbare — Lichtbogenstabilität hängt bei vorgegebener Strom/Spannungskennlinie der Gleichstromquelle von der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode ab. Beim Umschalten der Gleichstromquelle in die Übergangsphase wird auf eine neue Kennlinie umgeschaltet; dieser neuen Kennlinie ist der Elektrodenvorschub entsprechend anzupassen.

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Zeitdiagrammen bzw. Ausführungsbeispielen von Nahtenden nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 ein Zeitdiagramm des Verlaufes wesentlicher Schweißdaten,

Fig.2 die Ausbildung eines Schweißnahtendes mit einem unerwünschten vergrößerten Endkrater (Stand der Technik),

F i g. 3 die Ausbildung eines Schweißnahtendes nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise und

Fig.4 ein Schema der Schweißstromquelle mit erfindungsgemäßer Schweißstromreduzierung.

In dem dargestellten Diagramm ist die waagerechte Achse eine Zeitachse t. In das Diagramm ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl π des Schweißstellenvorschubmotors in vollen Linien (Linienzug 1) und der des Elektrodenvorschubes in strichpunktierten Linien (Linienzug 2) sowie der Lichtbogenleistung i/in gepunkteten Linien (Linienzug 3) aufgetragen. Zum Zeitpunkt To sei der Zeitpunkt erreicht, an dem der Schweißkopf das Schweißnahtende am Werkstück erreicht hat Nun wird — ausgelöst durch das Endsignal — der Schweißstellenvorschub ganz abgeschaltet; die Drehzahl fällt auf Null ab (Linie V). Erfindungsgemäß werden zum Zeitpunkt des Endsignals To die Lichtbogenspannurg und der Elektrodenvorschub nicht völlig abgeschaltet, sondern es wird mit einer verminderten Schweißleistung und mit definierter abgestimmter Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode einige Zeit lang (Übergangszeit ί_β) bei am Schweißnahtende stillstehendem Schweißkopf weitergeschweißt und der Endkrater mit geringerer Lichtbogenleistung aber etwa gleicher Lichtbogenintensität wirksam aufgefüllt

Die Länge der Übergangszeit t_ü muß der Fachmann durch Probieren und Beobachtung bestimmen. Je langer die Übergangszeit ist, um so mehr Elektrodenmaterial wird am Schweißnahtende aufgetragen. Schaltungstecnnisch wird diese Zeit mit einem Zeit- oder Verzögerungsglied justierbarer Zeitkonstante bewerkstelligt. In einem konkret ausgeführten Einsatzfall der Anmelderin betrug die Übergangszeit 0,2 bis 0,25 Sekunden.

Die Spannung an der Gleichstromquelle ändert ihren Wert sprungartig von dem Normal- auf den Übergangswert (Linienstück 3')- Dieser beträgt etwa zwei Drittel des Normalwertes. Dieser Bruchteil ist bei drehstromgespeisten Gleichrichtern durch Abschalten einer Phase des Drehstromnetzes in schaltungstechnisch besonders einfacher Weise ansteuerbar. Die Drehzahl des Vorschubmotors für den Elektrodenvorschub wird durch die Umschaltung elektrisch auf die neue Drehzahl herabgebremst, so daß die geringere Drehzahl (Linienstück 2') zwar nicht sprungartig abor doch sehr rasch erreicht wird.

Nach Ablauf der Übergangszeit tu (Zeitpunkt Te) wird auch der Elektrodenvorschub abgeschaltet, der jedoch auch aus dieser geringeren Geschwindigkeit noch etwas nachläuft Die Gleichstromquelle ist aufgrund einer üblichen bekannten Selbststeuerung so ausgebildet daß die Spannung erst abgeschaltet wird, nachdem der Lichtbogen erloschen ist Die nachlaufende Elektrode

ίο wird also auch noch freigebrannt (Zeitpunkt Tf).

Die Gegenüberstellung der F i g. 2 und 3 zeigt noch einmal die Auswirkuag der Erfindung. Beide Darstellungen sind Längsschnitte entlang einer frei auf einem Werkstück endigenden Schweißnaht Mit 4 ist die Schweißraupe und mit 5 das eine an die Schweißnaht angrenzende Teil eines Werkstückes bezeichnet Bei vorbekannten maschinellen Schweißverfahren entstanden am Schweißnahtende große ausgeschmolzene Krater 6, obwohl die Schweißnaht gemäß der strichpunktiert angedeuteten Kontur hätte weiterreichen sollen. Die Schweißnaht ist zu kurz und das Teil 5 durch Ausschmelzungen geschwächt

Demgegenüber ist die erfindungsgemäß angebrachte Schweißnaht in F i g. 3 bis zum vorgeschriebenen Ende sauber und ohne Krater ausgeführt

Bei dem in Fig.4 dargestellten Schema der Schweißstromquelle ist ein aus einem Drehstromnetz R, S, Γ gespeister Dreiphasentransformator mit Primärteil 10 und Sekundärteil 11 dargestellt Die Primärwicklungen können mittels eines sinnbildlich dargestellten Mehrstufenschalters 12 an unterschiedlichen Stellen angeschnitten und so das Übersetzungsverhältnis des Transformators stufenweise verändert werden. In ähnlicher Weise ist auch sekundärseitig ein stufenweiser Anschnitt der Sekundärwicklungen vorgesehen (Schalter 13). Ausgangs des Transformators 10/11 ist eine Gleichrichteranordnung 14 vorgesehen, die die transformierte Dreiphasenwechselspannung in eine entsprechend hohe Gleichspannung gleichrichtet Primärseitig

ίο ist ein Hauptschütz 15 für alle drei Phasen vorgesehen. Erfindungsgemäß ist in einer der Phasen — hier Phase T — nach dem Hauptschütz noch ein weiteres Schütz 16 angeordnet. Damit kann die Schweißstromquelle gezielt für kurze Zeitintervalle auf ¹Ii der mit den Stufenschal-

•i> tern 12 und 13 eingestellten Spannung umgeschaltet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Endkrater-Füllung beim maschinellen Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode an aus Drehstrom gleichgerichtetem Schweißstrom durch Verringerung von Elektrodenvorschub und Schweißspannung, dadurch gekennzeichnet, daß mit Beginn des Kraterfüll-Abschnittes (to) eine Phasenwicklung (10) der Drehstromquelle primärseitig abgeschaltet (16) wird. '