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DE2728980A1 - Verfahren und vorrichtung zum lichtbogenschweissen mit prozessabhaengiger kennliniensteuerung der schweissenergiequelle - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum lichtbogenschweissen mit prozessabhaengiger kennliniensteuerung der schweissenergiequelle

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DE2728980A1
DE2728980A1 DE19772728980 DE2728980A DE2728980A1 DE 2728980 A1 DE2728980 A1 DE 2728980A1 DE 19772728980 DE19772728980 DE 19772728980 DE 2728980 A DE2728980 A DE 2728980A DE 2728980 A1 DE2728980 A1 DE 2728980A1
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DE
Germany
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welding
voltage
operating
constant
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DE19772728980
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Inventor
Peter Dr Ing Puschner
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Elma-Technik Elektronik und Maschinenbau-Spezial-G
Original Assignee
Individual
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/10Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006Power supply

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

Patentanmelder:
Dr.-Ing. Peter Puschner
Gut Fuchstal,Dreiländerweg 127
51oo Aachen
Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen mit prozeßabhängiger Kennliniensteuerung der Schweißenergiequelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode, bei dem über elrtffcrische Kenngrößen des Schweißprozesses die Kennlinie der Schweißenergiequelle in Abhängigkeit vom augenblicklichen Prozeßzustand so gesteuert wird, daß sich ein optimaler Schweißablauf ergibt.
Beim Lichtbogenschweißen wird ein Prozeßzustand angestrebt, der ein qualitativ gesichertes Ergebnis, nämlich die Schweißverbindung, garantiert. Bislang wurde versucht, dies durch den Betrieb des Prozesses mit möglichst konstanten Parametern zu erreichen. Als konstant werden die Schweißparamier hierbei dann angesehen, wenn die die Betriebsgrößen anzeigenden Zeiger der Meßinstrumente ( in der PLegel Drehspulmeßwerke) während des Prozel.iablaufs sich weitgehend in Ruhe befinden. Beim Lichtbogenschweißen mit abschmelaender Elektrode hrndelt es sich jedoch um einen stochastischen Prozeß, dessen Betriebsgrößen sich in wesentlich kleineren Zeiten ändern, ixls daß sie von diesen Meßinstrumenten erlaßt werden kennten. Die schnellen Änderungen der Betriebsgrößen werden z.B.
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durch Tropfenbildung, Tropfenablösung und ochmelzbadbewegungen verursacht. Diese Vorgänge sind P^ozeßtypisch für jeden Elektrodentyp und stellen besondere Anforderungen an das Betriebsmittel " Schweißenergiequelle".
Man hat daher auf empirische Weise versucht, für jeden Lichtbogenscliweißprozeß eine Schweißenergiequelle zu finden, die aufgrund ihrer bauart am ehesten im Zusammenhang mit dem SchweiiJprozeß ein qualitativ hochwertiges Fügeergebnis erwarten lcäßt. So werden heute allgemein für das mechanisierte MIG-, MAG- und UP- Schweißverfahren vorwiegend Schweißenergiequellen mit Konstantspannungscharakturistik, für das Schweißen von Stabelektroden von Hand und das WIG-Verfahren vorwiegend Quellen mit Konstantstromcharakteristik verwendet. Bezüglich ihres dynamischen Verhaltens im Zusammenwirken mit dem Schweißprozeß werden diese Quellen jedoch nicht beschrieben. Gutes statisches und dynamisches Verhalten können dabei aufgrund der Bauart der Quellen nicht kompromißlos erzielt werden.
Zweck der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, bei dem das Betriebsmittel "Schweißenergiequelle" in der Punktion des Energielieferanten auf die augenblicklichen energetischen " Anforderungen" des Schweißprozesses Rücksicht nimmt.
Eine solche Anforderung entsteht z.B. beim Tropfenübergang von der abschmelzenden Elektrode zum Schmelzbad, insbesondere für den Fall, daß über den Tropfen
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vorübergehend eine metallische, elektrisch leitende Verbindung zwischen Elektrode und Schmelzbad hergestellt wird ( Zeitpunkt t in Pig. 1). In dieser Phase, die in der Fachliteratur durchwegs mit Kurzschlußphase bezeichnet wird, steigt bei den heute verwendeten Schweißenergiequellen der Schweißstropi abhängig von der Bauart der verwendeten Quelle bis zur Aufhebung der met llischen Verbindung zur Zeit t1 an. Während der Dauer der Phase ( t^ - tQ ) verlöscht der Lichtbogen.
Der Stromanstieg während der Zeit von t bis t^ wird durch die nicht vermeidbaren induktiven Anteile des komplexen Innenwiderstands der heute verwendeten Schweißenergiequellen geprägt. Sobald der Tropfen vom Schmelzbad aufgenommen worden ist, reißt die metallische Verbindung von der Elektrode zum Schmelzbad ab und der Lichtbogen zündet erneut. Die sich nun bei den heutigen Quellen einstellende Leistung ist jedoch erheblich größer, als sie vor der metallischen Brückenbildung war. Dadurch entsteht im Lichtbogenbereich eine sehr hohe Temperatur. Dies führt zu eiij*;m hohen Plasmadruck im Bogen, der starke Schmelzbadbewegungen hervorruft. Gleichzeitig können kleinere Metalltropfen, die sich noch an der Elektrode befinden, aufgrund der plötzlich ansteigenden Temperatur explosionsartig zerspritzen.
Diese Vorgänge führen zu einer erheblichen Störung des Prozeßablaufs, wobei sie gleichzeitig die erneute Stabilisierung des üogens verzügern. Daher v/erden s.Zt. für das Einstellen der Schweißparameter bzw. für die Führung von ütabclek !.roden hochqualifizierte Fachkräfte benötigt. OfLmals ist jedoch dennoch das Schweißer^ebnis unzufriedenstellend, da sowohl die Oberfläche der "iaht
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als auch die Randzonen des Schmelzbades mit Spritzern telegt sind und die Schweißraupe aufgrund der heftigen ungleichmäßigen Badbewegungen unregelmäßig ausgebildet ist.
Bei der Schweißung in Zwangslage, al go in senkrechter Position oder über Kopf, wirken sich diese Störungen so stark aus, daß sich das Schmelzbad nicht mehr in der Schweißfuge halten kann und es zur Tropfen- oder Nasenbildung der Schweißraupe kommt.
Die Erfindung schafft hier Abhilfe, indem sowohl der Beginn als auch die Dauer der Prozeßänderung fr tgestellt wird, z.B. der metallischen Verbindung zwischen Elektrode und Schmelzbad. Ein solcher Prozeßzustand wird im folgenden "Anforderung" genannt.
Beim Stabelektrodenschweißen wird z.B. für die Dauer dieser Prozeßanforderung die Kennlinie der Energiequelle so umgeschaltet, daß beim Wiederrunden des Bogens der Prozeß nur mit soviel Leistung betrieben wird, daß sich keine heftigen Badbewegungen und Tropfenexplosionen ergeben können. Bei Erreichen eines quasistationä-ren Zustande des Prozesses, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Lichtbogen zwischen Elektrode und Schmelzbad stabil brennt, wird die Quelle wieder auf die ursprüngliche Kennlinie umgeschaltet.
Die Erkennr.ig der Proz.ßstörung als Anforderung und die Umschaltung von einer sog. Betriebskennlinie der Quelle auf eine oog. Anforderun ;skennlinie führen au einem ruhigen und ^I oichmä, igen Jchweißprozeß, wobei bei allen Lichtuo,;enschv;eißverfanren die posi-
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tiven Eigenschaften im Zusammenspiel des Prozesses mit der Quelle in Stellung Betriebskennlinie erhalten bleiben. Bei den mechanisierten Schweißverfahren MIG, MAG und UP bleibt der Prozeß mit Ausgleich erhalten (sog. "Innere ltegelung"); beim Stabelektrodenschweißen von Hand bleibt die Möglichkeit der Leistungsveränderung über die Lichtbogenlänge durch Entfernen oder Nähern der Stabelektrode von bzw. zum Schmelzbad durch den Schweißer erhalten.
Der momentane Zustand des Schweißprozesses wird durch Überwachung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Schweißprozesses ermittelt. Dies geschieht z.B. durch Vergleich der elektrischen Betriebsgrößen des tatsächlichen Schweißprozesses mit denen einer Prozeßnachbildung, die von derselben Quelle betrieben wird ( siehe DPA - P - 2645223.3 vom o7.10.1976).
Die Phase der metallischen Verbindung zwischen Elektrode und Schmelzbad z.B. äußert sich in einer starken Verringerung der Prozeß-Impedanz im Verhältnis zur Impedanz einer Prozeß-Nachbildung, sodaß die Veränderung mit an sich bekannten elektronischen Vorrichtungen festgestellt werden k :nn.
Im Gegensatz zum Betrieb des Schweißprozesses mit einer fest vorgegebenen Energiequellenkennlinie steuert hier der Prozeß in Abhängigkeit von seinem momentanen elektrischen Zustand das Leistungsangebot.
Im folgenden sollen anh nd von Ausführungsbeispielen Vorrichtungen gemäß dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken für das Stabelektrodenschweißen von Hand und das MIG-^chv;cißen erlüutert werden.
I ,
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An ein ein- oder mehrphasiges Netz 1 ist eine kennliniensteuerbare Schwei;.;energiequei Ie 2 angeschlossen ( Fig. 2 ). Über ihre Ausgangsklemmen 3 und 4 wird die Serienschaltung bestehend aus einem Heßshunt 5 und dem Schv.eißprozeß 6 sowie die Serienschal bung aus eim.m föeßshunt 7 und eine Prozeßnachbildung 8 betrieben, so daß sich eine Brückenschaltung ergibt. Der Zustand der Lrücke wird über den Bruckenmeßverstarker 9 kontinuierlich ermittelt, der seinerseits über zwei Potentiometer 1o und 11 einen l'ensterdiskriminator 12 ansteuert. Mit den Potentiometern 1o und 11 läßt sich die Breite und die Lage des Fensters des Diskriminators definieren. Der Ausgang des Fensterdiskriminators 12 wirkt auf die Kennlinienumcchaltung der steuerbaren Schweißenergiequelle 2. Für den Fall, daß die Betriebsgrößen des Prozesses denen der Nachbildung entsprechen, ist das Ausgnngssignal des Brückenmeßverctarfcers 9 gleich Null. Der Ausgang d^s Fensterdiskriminators 12 liefert dann ein Ausgangssignal, das die sog. ^etriebskennlinie über den Hingang 13 der Quelle 2 einschaltet.
Bei einer auftretenden Berührung der Elektrode mit dem Schmelzbad oder einer metallischen Brücke durch einen übergehenden kröpfen sinkt die Impedanz des Schweißprozessi s 6. Damit wird die Brücke verstimmt Und am Ausgang des -'-'rückenneßveriitärkers 9 liegt ein Signal, das den Fensterdiskrirnin ?tor 12 veranlaßt, an seinem Ausgang ein ν η Null verschiedenes Signal zu liefern, das nun seinerseits die Schweißcnergiequolle 2 über ihren Eingang 13 auf die sog. Anforderungskennlinie umschaltet und zwar sol nge, biü die
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elektrischen Prozeßbetriebsgrößen wieder denen der Nachbildung entsprechen. Erst dann wird das Signal dps Brückenmeßverotärkers 9 wieder Null, so daß die Quelle 2 über den Pensterdiskriminator 12 wieder auf die Betriebskennlinie umgeschaltet wird . Je nach Anwenuungsfall kann der Fensterdiskriminator auch mit einer Schalthysterese arbeiten.
Als Schweißenergiequelle 2 kann jede im /us bis ms Bereich kennliniensteuerbare Schweißenergiequelle eingesetzt werden. Fig.3__2eigt eine kennliniensteuerbare Quelle nach dem Schaltverctärker-Prinzip, die an das Drehstromnetz von 38o V, 5o Hz angeschlossen ist. Über einen 3-Phasen-uleichrichter 14 wird eine Kondensatorbatterie 15 geladen. Anschließend folgt ein schnell steuerbarer elektronischer Schalter 16, der die Gleichspannung des Kondensators 15 zerhackt und die Primärwioklung eines Transformators 17 betreibt. Dieser Transformator ist erforderlich für die galvanische trennung des Netzes 1 vom Schweißprozeß. Gleichzeitig wird die maximale Spannung der Sekundärseite über das Windungsverhältnis auf die für den Betrieb des Schweißprozesses maximal notwendige Spannung transformiert. Die transformierte Wechselspannung wird mit dem Gleichrichter 18 gleichgerichtet. Ein Tiefpaß unterdrückt die Welligkeit der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Gleichrichters 18. Eine Spannungsrückführung 2o liegt am Istwerteingang eineL, elektronischen Reglers 21. Über einen Meßshunt 22 wird der der Quelle entnommene Strom einem Verstärker zugeführt, dessen Ausgang an den Eingängen zweier passiver Netzwerke 2Λ, und ?5 liegt. Diese Netzwerke liefern in Abhängigkeit von Eingängesignal eine Ausgan/^sspannung, die z.B. durch eine Dioden-.viderstands-
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matrix festgelegt ist. Über den elektronischen Analorschalter 26, dessen Stellung über den Eingang 13 definiert wird, liegt ein Ausgang des Netzwerks 24 oder 25 am Sollv/erteingang des Keglers 21. Der Ausgang des Reglers 21 steuert einen Pulsbreitcnmodulntor 27, der den elektronischen -'chalter 16 oteuert. Die sich an den Klemmen 3 und 4 ergebenden elektrischen Verhältnisse, also die Quellenkennlinie, werden durch die Matrix des jeweils eingeschalteten Netzwerks 24 bzw. 25 festgelegt. Aufbau und Punktionsweise des Schalters 16, des Reglers 21, des Tiefpasses 19 der Dioden-Widerstands-Matrix 24 bzw. 25 und des Analogschalters 26 sollen hier nicht näher erläutert werden, da es sich hierbei um an sich bekannte Schaltungen der Elektrotechnik h ndelt. Nach diesem Prinzip arbeitende Energiequellen sind in der elektrotechnischen Literatur unter der Bezeichnung "pulsbreitengesteuerte Netzteile" hinreichend begannt.
Pig. 4 zeigt eine mit dieser Quelle herstellbare Betriebskennlinie £8 und eine Anforderungskennlinie 29, Die Kennlinie des Schweißprozesses im !'.etriebsfall ist di ch die Kurve 5o dargestellt. Der Schnittpunkt der Betricbskennlinie 28 mit der Kennlinie 3o des Schv.eißprozesses ergibt den Arbeitspunkt Λ . In Abhängigkeit von der ..;ins .ellung der Potentiometer 1o und 11 ist es nun dem Gehweißprozeß erlaubt, beliebige Betri<bsarbeitspunkte zwischen den Eckwerten A. und A0 einzunehmen. In diesem Bereich kann der Schweißer durch die Führung der Elektrode beim Stabelektrodencchweißen die dem Prozeß zugefiihrte Energie beeinflussen. Bei Ann:;h; rung der Elektrode n.n das Werkstück ergibt sich eine kleinere zu ;efi>nrte elektrische Leistung, bei
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Entfernen eine größere zugeführte elektrische Leistung. Wird jedoch z.B. durch einen Tropfenübergang die I'rozeßimpedanz starker verringert, so wird die tjue \ Ic automitisch auf die Anforderungskennlinie 31 umgeschaltet und es ergibt sich der Arbeitspunkt A... für die Dauer der Prozeßanforderung.
Pur den Fall, da· die LichtbogenlTnge zu groß wird, ..ie mit der Prozeß-Kennlinie 31 dargestellt, und die Prozeß-Impedanz und damit die zugeführte Leistung zu hoch wird, schaltet der Diskriminator 12 ebenfalls auf die Anforderungskennlinie 29 oder eine andere, hier nicht gezeigte zweite Anforderungskennlinie um, so daß sich der leistungsärmere Arbeitspunkt A. ergibt.
Im Beispiel nach Fig. 4 ist für die Betriebskennlinie im Arbeitsbereich eine Konstantstromcharakteristik, für die Anforderungskennlinie Konstantleistungscharakteristik mit Spannungs- und Strombegrenzung gewählt. Es lassen sich jedoch alle denkbaren Kennlinienformen verwenden und kombinieren. Für das mechanisierte Schutzgasschweißen oder Unterpulverschweißen, wobei der Draht mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt wird, Wählt man zweckmüßigerweise für die Betriabskennlinie Konstantspannungscharaktcristik und für die Anforderungskennlinie Konst^ntstrom oder Konstantleistungscharakterietik.
Die Ansprechzeit der steuerbaren Schv/eißenergiequelle bezüglich der Kennlinienumschaltung soll im ms - Bereich oder darunter liegen ( /us -Bereich).
An einem weiteren Beispiel l;o11 die Anwendung des Verfahrens beim MIG-Schweißen erläutert werden. Zunächst sei davon
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ausgegangen, daß gemäß Piß. 5 die Betriebskennlinie 33 im Arbeitsbereich Konstantspannungscharakteristik habe. Aufgrund der fest vorgegebenen DrahtZuführungsgeschwindigkeit stellt sich der Arbeitspunkt B ein. Die elektrische Prozeßkennlinie hat den Verlauf der Kurve 34. Kommt es nun zu einer metallischen Verbindung zwischen Elektrode und Schmelzbad, so ergibt sich ohne Kennlinienumsclial fcung aufgrund der niedrigen Prozeßimpedanz die neue Prozeßkennlinie 35 und der Arbeitspunkt B.. Die daraus resultierende Leistung ist jedoch so hoch, daß die metallische Verbindung explosionsartig zerstört würde. Dies führt zu nicht erwünschten Spritzern und einem unruhigen Prozeßablauf mit starken Badbewegungen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch die sie) ändernde Prozeß-Impedanz z.B. über eine Brückenschaltung mit einer Nachbildung 8 festgestellt und zur Umschaltung der Betriebskennlinie 33 auf eine sog. Anforderungskennlinie 36, ( hier z.B. eine Konstnntleistun/jSkeimlinie) herangezogen.
Ein letztes Beispiel schließlich soll die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Impuls-Lichtbogenschweißen zeigen. Hierzu wird als Betriebskennlinie eine Konstantleistungs- oder Konstantstromkennlinie 37 ( -Pig. 6) gewählt. Die Theorie und die wissenschaftlich .i Grundlagen, die in ( 1 ) über das dynamciche Verhalten des MG-SchweJ prozes^es erarbeitet worden sind, sollen hier nicht behandelt und als bekannt vorausgesetzt werden. Zu einem beliebigen Zeitpunkt soll die elektrische Frozei/kennlinie den Verlauf der Kurve 3f' h"ben, no daß sich der Arbeitspunkt G. als Schnittpunkt der Betricbskenn-
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linie 37 mit der Prozeßkennlinie 38 ergibt. Die Betriebskennlinie ist dabei so gewählt, daß die sich ergebende Leistung U1 χ I.. nicht zum Abschmelzen des mit konstanter Geschwindigkeit zugeführten Drahtes ausreicht. Dadurch wird sich die Lichtbogenlänge laufend verkürzen und sich nach kurzer Zeit (abhängig von der Drahtgeschwindigkeit) die neue Prozeßkennlinie 39 mit dem Arbeitspunkt Cp ergeben. Hier wird nun automatisch die Betriebskennlinie 37 ausgeschaltet und die Anforderungskennlinie 4o eingeschaltet. Die Umschaltung selbst erfolgt bei Einsatz moderner Analogschalter in wenigen /US, Damit ergibt sich der Arbeitspunkt C,.
Durch das hohe Leistungsangebot wird nun der Tropfen gebildet und abgeschmolzen. Zweckmäßigerweise wird die Dauer, für die die Anforderungskennlinie 4o wirkt, durch einen monostabilen Multivibrator 41 ( Fip·. 7) begrenzt. Seine Impulsdauer ist abhängig von der Tropfenbildungszeit einzustellen ( ca o,5 bis 5 ms). Gegenüber dem bekannten MIG-Impulslichtbogenschweißen, bei dem die Kennlinienumschaltung in ihrer zeitlichen Reihenfolge fest vorgegeben wird, bestimmt hier der Prozeß über seine Anforderung selbst den Zeitpunkt der Kennlinienumschaltung. Uadurch kann ohne Änderung der Quelleneinstellung die Drahtgescl /indigkeit variiert und den jeweiligen Gchweißaufgaben angepaßt werden. Die Anforderung des Prozesses kann aus der j.nderung der Spannung von U1 nach U„ ( Fig.6) oder durch Vergleich der Prozeßimped .nz mit der einer Nachbildung z.B. in einer Brückenschaltung abgeleitet werden.
■^er wesentliche Unterschied zu den bekannten Lichtbogenschweißverfahren und der sich ergebende Fortschritt ist
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darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Prozeßanforderungen, die eich hug dem dynamischen Verhalten des Schweiijprozesses ergeben, über entsprechende Vorrichtungen erkannt und zur automatischen Steuerung der Schweißenergiequelle herangezogen werden. JJie Steuerung der Schweißenergiequelle wird dabei so vorgenommen, daß die Prozeßanforderung optimal berücksichtigt wird, unabhängig vom Zeitpunkt ihres Auftretens, ^adurch wird eine zwangsweise durch die Eigenschaften der Energiequelle , ^prägte Energiezufuhr ohne Rücksicht auf den momentanen Prozeßzustand vermieden.
Mit dem Verfahren lassen sich eine Reihe von Vorteilen erzielen, die sowohl im Verfahrensprinzip als auch in den für das Verfahren notwendigen Vorrichtungen begründet sind;
1) Die Energiezufuhr zum Schweißprozeß wird abhängig vom momentanen Prozeßzustand über Lichtbogenkenngrüßen gesteuert. Während der Phase einer metallischen Verbindung zwischen Elektrode und Schmelzbad kann daher eine maximale an den Prozeß übertragbare Leistung Vorgegeben werden, so daß Spritzer und heftige Schmelzbadbewegungen vermieden werden. Im Gegensatz zum Schweißen mit Konstantleistujigsch^rakteristik ohne Kennlinienumschaltung bleibt dem Schweißer die Leistungssteuerung über die Lichtbogenlänge erhalten.
2) Stabelektroden lassen sich mühelos auch in Zwangslage verschweißen, auch bei häufigen Bogenverlöschen.
3) Beim KIG-Impuls-Lichtbogenschveißen vereinfacht sich erheblich die Prozeßeins teilung. Die Impulsfrequenz
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paßt sich automatisch der vorgegebenen Drahtgeschwindigkeit an.
4) Durch die Prozeßrückführung mit Vergleich einer Nachbildung werden jegliche Prozeßunregelmäßigkeiten sofort erkannt und durch Anpassen des Leistungsan ebots über die Quelle die Störungen in ihren Auswirkungen abgeschwächt.
5) Durch die Benutzung einer kennliniensteuerbaren Quelle nach Fig. 3 werden Netzstörungen und Netzrückwirkungen aufgrund des eingefügten Puffers (Kondensator 14) weitgehend vermieden.
6) Die für die Durchführung des Verfahrens dargestellte Schweißenergiequelle nach dem Schalter-Prinzip mit Pulsbreitenmodulation arbeitet mit hohem elektrischen wirkungsgrad ( 8o bio 95 %) und wiegt dabei zwischen 1o und 2o % einer herkömmlichen Quelle. Dadurch läßt sich die Quelle nahe am Prozeß aufstellen und lange verlustbehaftete Schweißkabel werden vermieden.
7) -^i e für das Verfahren notwendigen kennlinienbebestimmenden -&"! emente und der Entscheidungsteil (Prozelmachbildung 8, Brückenmeßverstärker 9, Keßwidersbände 5 und 7, Diskrimin tor 12) lassen sich als austauschbare und prozeßtypische Module in die Schweißenergiequelle integrieren.
( 1 ) Puschner,P.
Dynamisches Verhalten eines iilG-^chweißlichtbogens unter Be triebsbcdingungen.
Diss. an der TH Aachen 1974
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ORIGINAL INSPECTPO
At-
Leerseite

Claims (9)

Ansprüche
1) !Verfahren zum Lichtbogenschweißen, ^-' dadurch gekennzeichnet,
daß eine kennlinienuinnchal tbare ^chweißenergiequelle jeweils auf Anforderung des SchweiuprozesGOs von ihrer prograinmierten -^etriebskennlinie auf mindestens eine ν·°ϊ> der iJetriebslrennlinie verschiedene programmierttt Anfordcrungskennlinie jeweils für die Dauer der Anforderung umgeschaltet wird und die Anforderung des Scliweißprozesaes dadurch definiert ist, daß mindestens eine elektrische Betriebsgröße des Schweißprozesoes ein vorgegebenes Toleranzfeld verlä, L.
2) Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweilige Dauer der Kennlinienumschaltung unabhängig von der "Dauer der Anforderung durch ein Zeitglied ( monostabiler Multivibrator ) definiert ist.
3) verfahren nach Anspruch 1 und 2
dadurch gekennzeichnet,
•'iß die elektrischen Betriebsgrößen des Schweißprozesses kontinuierlich mit den elektrischen Betriebsgrößen einer Prozeßnachbildung ( siehe DPA - P - 264 5223.3) verglichen werden und bei einer definierten Abweichung ein -^ign-i.1 (Anforderung) zur Kennlinienumscha 1 tuiig durch an sich bekannte Vorrichtungen erzeugt wird.
4) Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3
dadurch gekennzeichnet,
dal.' der Pr ο ze L über nie Betriebskonnlinie mit Komjtnrtctromcharal: teristik und jeweils für die
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Dauer der Anforderung mit Y ons tanti ei;3 bungscharakteristik betrieben wird, woi ei die mit der Konstant! '0tungskennlini. erzielbare Leistung in etwa dem Produkt aus Spannung und Strom im Arbeitspunkt während des Betriebe des .Prozesses mit der Be Iriebskcnnlinie entspricht.
5) Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozeß über die Betriebskennlinie mit Konstan tspannungscharakteri.stik betrieben wird.
6) Verfahren zum Lichtbogenschweißen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Prozeß treibende -^etriebskermlinie Konstant:; iromcharaPteristik besitzt und jeweils bei Unterschreiten ■ iner minimalen Spannung für eine definierte Lauer nuf eine \nforderungskennlinie mit Konsstantspannungscharakterictik umgeschaltet wird.
7) Verfahren zum Lichtbogenschweißen
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Prozeß treibende Betriebskennlinie Konstantstromcharakteristik besitzt und jeweils bei Unterschreiten einer minimalen Spannung für eine definierte Dauer; auf eine Anf orde rungskennlinie mit Konstantlei»tungscharakteristik umgeschaltet wird.
8) Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren n''ch
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Anspruch 1,3,4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine von einem ein- oder mehrphasigen rJctz 1 betriebene im /us bis ms - Bereich kennlinienßteuerbare Schweißenergiequelle 2 sowohl den ücir.veißproseß 6 als auch eine frozei.;nachbildung 8 in ürückenschaltung mit zwei WeCwiderständen 5 und 7 betreibt, der Zustand der Brücke über einen Urückenmeßverstärker 9 ermittelt wird, wobei das Ausgangssi;pril des Brückenmeßverstärkers 9 über !Potentiometer 1o und 11 einen an sich bekannten Pensterdiskrimin tor 12 steuert und die Lage und die Breite des Fensters durch die Potentiometer 1o und 11 eingestellt wird und das Ausg ngssignal des Fensterdiskriminators 12 die Kennlinienumschaltung der Quelle 2 über deren Eingang 13 vornimmt (Fig. 2).
9) Vorrichtung nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang des Fensterdiskriminators 12 einen monostabilen Multivibrator 41 triggert, der über den Eingang 13 die Kennlinie der Quelle 2 umschaltet.
. 7)
1o)Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine nach dem Prinzip der Pulsbreitensteucrung arbeitende kennlinienumachaltbare Quelle benutzt wird, die an ein- ein- oder mehrphasiges Netz 1 angeschaltet ist, wobei die Netzspannung zunächst über den Gleich-1 richter 14 gleichgerichtet wird und ein nachfolgender Kondensator 15 aufgeladen wird, ein nachfolgender schneller Schalter 16 auf Halbleiterbasis und in
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Brückenschaltung die Gleichspannung mit einer Frequenz von mindestens 1 kHz in Pulse zerhackt, die über den Tranformator 17 transformiert und über einen Gleichrichter 18 gleichgerichtet werden, die entstehende pulsierende Gleichspannung i;i>er einen Tiefpaß 19 geglättet und an die Klemmen 3 und 4 geliefert wird, über eine Rückführung 2o die Klemmenspannung Puf einen Regler 21 rückgeführt wird, über einen Meßshunt 22 und einen Meßverstärker 23 eine dem Schweißstrom proportionale Meßspannung erzeugt wird, die mindestens zwei die Kennlinien prägenden und an sich bekannte Dioden-Widerstands-Netzwerke 24 und 25 treibt, die Ausgänge der Neztwerke über einen bekannten elektronischen Analogschalter 26 gesteuert über ein Signal an der Klemme 13 auf den Sollwerteingang des Reglers· 2t'zugeführt werden und der Reglerausgang einen Pulsbreitenmodulator 27 zur Steuerung des schnellen Schalters 16 treibt (Fig.3 ) .
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DE2728980A 1977-06-28 1977-06-28 Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode und einer schnell kennlinienumschaltbaren Schweißenergiequelle Expired DE2728980C2 (de)

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