DE60120334T2

DE60120334T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Impulslichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE60120334T2
Application number: DE60120334T
Authority: DE
Inventors: Francis Briand; Georges Caillibotte; Christophe Mas; Jean-Pierre Eyschen
Original assignee: La Soudure Autogene Francaise; Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; Lincoln Electric Company France SA
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: FR2818569B1; US6723956B2; ATE328695T1; FR2818569A1; EP1216780B1; DE60120334D1; US20020130117A1; EP1216780A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 13 (siehe beispielsweise DE-A-37 42 402) und eine Anlage zum Impulslichtbogenschweißen, insbesondere ein Verfahren zum MIG-Schweißen (für Metal Inert Gas = mit gegenüber Metall inertem Gas) oder MAG-Schweißen (für Metal Active Gas = mit gegenüber Metall aktivem Gas).
Das Impulslichtbogenschweißen wurde entwickelt, um die Nachteile des Kugelschweißens zu vermeiden, das es auf Grund seiner instabilen Übertragungsweise und seines Projektionscharakters nicht ermöglichte, die Produktivität unter annehmbaren Schweißbedingungen zu erhöhen.
Beim Lichtbogenschweißen der Kohlenstoffstähle und der rostfreien Stähle muss nämlich, wenn die Menge des aufgebrachten Metalls unter Beibehaltung der richtigen Nutzungsbedingungen erhöht werden soll, die Stärke des Stroms erhöht werden, und wenn kein Impulsmodus eingesetzt wird, wurde festgestellt, dass rasch eine Rückkehr zum Kugelmodus erfolgt.
Nun ermöglicht der Impulsmodus ein Positionsschweißen, das nicht oft durchführbar und im Kugelmodus schwierig ist.
Überdies ermöglicht es der nicht projizierende Charakter des Impulsmodus, wenn die Synergie der verschiedenen Betriebsparameter richtig ist, insbesondere an den rostfreien Stählen die Endbearbeitungsvorgänge, wie beispielsweise die Abhebung der Projektionen, zu verringern.
Ferner findet das Impulsschweißen ferner ein interessantes Anwendungsgebiet, wenn es mit dem Axialzerstaubungsmodus (Spraymodus) verglichen wird, der einen relativ hohen Schweißstrom erfordert und eine große Aufbringungsrate und Badbreite notwendig macht und des halb allgemein nur auf konsequenten Schweißdicken und in horizontaler Position verwendet wird, d.h. der auf das flache Schweißen begrenzt ist.
Der Impulsmodus, der es ermöglicht, bei identischer Drahtgeschwindigkeit und somit identischer aufgebrachter Metallmenge die Schweißenergie zu verringern, vermeidet zum Teil diese Nachteile und gestattet je nach durchzuführender Verbindung nicht nur das Flachschweißen, sondern auch das Positionsschweißen mit einer mit jener des Spraymodus vergleichbaren Übertragungsqualität.
Der Impulsmodus wird auch häufig für das Schweißen der Leichtlegierungen, wie beispielsweise Aluminium, verwendet, bei denen der Kurzschlussmodus und der Kugelmodus auf Grund der Fehler, die sie verursachen, nämlich Porositäten und Klebestellen, schwer durchführbar sind.
In diesem Fall ermöglicht es das Impulssystem, korrekt mit Energien zu schweißen, die das Schweißen von geringen Dicken bis zu 1 mm und das Positionsschweißen gestatten, während das herkömmlicherweise verwendete Spraysystem eher für Produktivität steht.
Lichtbogenschweißverfahren im Spraymodus oder Impulsmodus sind in folgenden Dokumenten beschrieben: WO-A-98/22247, EP-A-909604, Welding and Cutting, P. Houldcroft und R. John, 1988, S. 80–83, BE-A-817637, JP-A-57124572, JP-A-56134075, JP-A-59078776, GB-A-2268009, US-A-5 192 851, US-A-3 528 100, US-A-3 956 610, US-A-5 432 317, US-A-4 912 299, US-A-5 672 286, US-A-4 366 362 und EP-A-422763.
Überdies beschreibt das Dokument DE-A-3742402 ein Lichtbogenschweißverfahren mit Schmelzelektrode, bei dem die Schweißparameter, wie beispielsweise Drahtgeschwindigkeit, Basis- und Impulsstrom, Niedrigzeit und Impulszeit, derart gewählt werden, dass gegebene mathe matische Gleichungen gelöst werden.
Das Dokument EP-A-43588 beschreibt eine Impulslichtbogenschweißmaschine mit Schmelzdraht, umfassend Mittel zur Bestimmung verschiedener Schweißparameter, wie beispielsweise der Lichtbogenspannung, Mittel zur Kontrolle der an die Elektrode angelegten Energiemenge, Impulsmittel und Mittel zur Kontrolle der Breite und der Höhe des Impulses in Abhängigkeit von den vorher erstellten Funktionsverhältnissen.
Das Dokument US-A-5 525 778 betrifft ein Lichtbogenschweißverfahren mit Schmelzelektrode mit Impulsen des Stroms, bei dem die Form der Stromwellen über die Lichtbogenspannung gesteuert wird, insbesondere die jeweilige Impulsdauer und die Spitzenwerte werden kontrolliert, um einen optimalen Strom bezogen auf die Zuführgeschwindigkeit des Drahtes und die Ausführung des betreffenden Werkstücks zu ergeben.
Ganz allgemein kann der Stromimpuls im Impulsmodus verschiedene Formen annehmen. Die Trapezform ist allerdings praktisch die einzige, die auf industrieller Ebene verwendet wird, und sie ist im Allgemeinen durch die in der beiliegenden 1 angegebenen Parameter gekennzeichnet.
Wenn das MIG/MAG-Impulsschweißen den meisten Betreibern leicht zugänglich gemacht werden soll, müssen so genannte Synergiekurven oder Schweißprogramme erstellt werden.
Die Ausarbeitung einer Synergie im Impulsstrom besteht darin, für jeden Draht in Abhängigkeit von seiner Natur und seinem Durchmesser, für jedes Schutzgas und jede Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes Werte der Parameter, die den Stromimpuls beschreiben, zu bestimmen, die am besten den Kriterien, nach denen der Schweißvorgang beurteilt wird, entsprechen.
Diese Bestimmung ist relativ einfach durchzuführen, da sie im Allgemeinen empirisch ist und nur mit Hilfe zahlreicher Tests erfolgen kann.
Allerdings ist dies die unerlässliche Bedingung für die Verbreitung und die Verwendung eines Schweißverfahrens, damit der mit dem Schweißen Beauftragte nur ein Mindestmaß an Einstellung durchzuführen hat.
Herkömmlicherweise wählt somit der Bediener das Moment Draht/Gas, und je nach gewünschter Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes ermöglicht es die vorher bestimmte Synergiekurve, die richtigen Werte den Impulsparametern des Stroms zuzuteilen.
Im Allgemeinen muss eine gute Impulsstromsynergie ein einziges Lösen eines Tropfens pro Impuls umfassen, frei von Projektionen sein und eine möglichst geringe Lichtbogenhöhe haben.
Die Ausarbeitung der Synergie oder des Programms erfordert die Wahl der den Impulsparametern zuzuteilenden Werte, wobei bekannt ist, dass:

– der hohe Strom (Ich) nicht geringer als eine gewisse Schwelle sein kann, wenn sich der Tropfen ablösen soll, wobei diese Schwelle für den Wert des Stroms vorgegeben ist, bei dem der Spraymodus beim Schweißen unter Gasstrom mit Schmelzdraht bei Gleichstrom beginnt; und
– wenn keine Projektionen gewünscht sind, das Ablösen des Tropfens auf begrenzten Stromhöhen erfolgen muss.

Wenn andererseits diese Arbeit für mehrere Vorschubgeschwindigkeiten des Drahtes durchgeführt ist, ist sicherzustellen, dass die Entwicklung der den Stromim puls beschreibenden Parameter in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes nicht zu sehr beeinträchtigt ist.
Die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes, die vom Bediener gewählt wird, ist nämlich frei, und sie entspricht nicht immer den Vorschubgeschwindigkeiten des Drahtes, die verwendet wurden, um die Synergiekurve zu beschreiben.
In diesem Fall besteht die Notwendigkeit, die Werte der Parameter des Impulses aus den Synergiekurven zu interpolieren und, wenn sie zu sehr beeinträchtigt sind, kann das erhaltene Schweißergebnis nicht zufrieden stellend sein, und es muss somit neu begonnen werden.
Die Bestimmung der Synergiekurven ist somit üblicherweise relativ schwierig und erfordert die Durchführung zahlreicher Schweißtests, wobei die Anzahl umso höher ist, als die zu berücksichtigenden Parameter zahlreich sind, da je mehr Parameter zu berücksichtigen sind, desto mehr Kombinationen dieser verschiedenen Parameter untereinander möglich sind und desto mehr Tests somit durchzuführen sind, ohne allerdings des daraus hervorgehenden Ergebnisses sicher zu sein.
Das Problem, das sich nun stellt, besteht darin, über ein Impulslichtbogenschweißverfahren zu verfügen, das es ermöglicht, ein wirksames Schweißen der Kohlenstoffstähle, der rostfreien Stähle, des Aluminiums oder der Aluminiumlegierungen zu erhalten, und das es ermöglicht, die Durchführung von zahlreichen Schweißtests für die Bestimmung jener Bedingungen und Parameter für das Schweißen zu verhindern, die es ermöglichen, zu guten Schweißergebnissen zu führen, insbesondere der Zuführgeschwindigkeit des Drahtes und der Gesamtheit der Parameter der Stromimpulse, die für die gewählte Zuführgeschwindigkeit des Drahtes anzuwenden sind, nämlich der durchschnittliche Stromwert und der Wirk stromwert.
Daher ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Impulslichtbogenschweißverfahren der Kohlenstoffstähle, der rostfreien Stähle, des Aluminiums oder der Aluminiumlegierungen mit Einsatz eines Gasschutzes vorzuschlagen, das eine große Flexibilität aufweist und zu zufrieden stellenden Ergebnissen im Hinblick auf die Schweißqualität führt.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun, ein Impulslichtbogenschweißverfahren vom Typ MIG oder MAG vorzuschlagen, das es ermöglicht, einfach in Abhängigkeit von der gewünschten Zuführgeschwindigkeit des Drahtes die Gesamtheit der Parameter der Stromimpulse zu bestimmen, nämlich den durchschnittlichen Stromwert (Imoy) und den Wirkstromwert (Ieff), die anzuwenden sind, damit gute Schweißergebnisse erzielt werden.
Daher betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Impulslichtbogenschweißen eines oder mehrerer Werkstücke aus Kohlenstoffstahl, aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit Einsatz eines Gasschutzes, bei dem ein Lichtbogenschweißbrenner mit mindestens einem Schmelzdraht mit einer Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil) gespeist wird und der Schmelzdraht Stromimpulsen ausgesetzt wird, um ein Schmelzen des Endes des Schmelzdrahtes und as Ablösen eines Tropfens des geschmolzenen Metalls durch Stromimpuls zu erzielen, und bei dem für eine gegebene Pulsfrequenz und gegebene Zeitparameter (Tp, Th, tm, td) des Pulszyklus eine Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil), ein durchschnittlicher Stromwert (Imoy) und ein Wirkstromwert (Ieff) gewählt oder eingesetzt werden, wie beispielsweise: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 5 < A1 < 45 und 0 < B1 < 50, und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 5 < A2 < 45 und 40 < B2 < 100
wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden.
Je nach Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:

– das oder die zu verschweißenden Werkstücke sind aus Kohlenstoffstahl und der durchschnittliche Stromwert (Imoy) und der Wirkstromwert (Ieff) werden derart gewählt werden, dass: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 20 < A1 < 40 und 0 < B1 < 30 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 19 < A2 < 39 und 40 < B2 < 100.
– das oder die zu verschweißenden Werkstücke sind aus rostfreiem Stahl, und der durchschnittliche Stromwert (Imoy) und der Wirkstromwert (Ieff) werden derart gewählt, dass: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 10 < A1 < 40 und 0 < B1 < 40 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 9 < A2 < 39 und 40 < B2 < 100.
– das oder die zu verschweißenden Werkstücke sind aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und der durchschnittliche Stromwert (Imoy) und der Wirkstromwert (Ieff) werden derart gewählt werden, dass: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 5 < A1 < 30 und 0 < B1 < 20 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 5 < A2 < 25 und 40 < B2 < 65
– die Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil) beträgt zwischen 1 und 20 m·min^–1, vorzugsweise zwischen 2 und 15 m·min^–1.
– die Pulsfrequenz beträgt zwischen 20 und 300 Hz, vorzugsweise zwischen 50 und 200 Hz.
– das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) beträgt zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,8.
– das oder die zu verschweißenden Werkstücke sind aus Kohlenstoffstahl, und das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) beträgt zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,05 und 1,6.
– das oder die zu verschweißenden Werkstücke sind aus rostfreiem Stahl, und das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) beträgt zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,8.
– das oder die zu verschweißenden Werkstücke sind aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) beträgt zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,05 und 1,5.
– das oder die zu verschweißenden Werkstücke haben eine Dicke von 0, 5 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 0,8 bis 6 mm.
– der Gasschutz ist von einem Gas oder einem Gasgemisch gebildet, das unter Helium, Argon, Kohlendi oxid, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff ausgewählt wird.
– der Schmelzdraht hat einen Durchmesser zwischen 0,6 mm und 2,2 mm und vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 1,6 mm.
– das Schweißen ist vom Typ MIG-Impulsschweißen oder MAG-Impulsschweißen.
– der Draht ist ein voller Draht oder ein Seelendraht.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Lichtbogenimpulsschweißen, die ein erfindungsgemäßes Verfahren einsetzen kann, umfassend:

– Mittel zur Auswahl der Frequenz und der Zeitparameter (Tp, Th, tm, td) des Impulszyklus, die es ermöglichen, eine Impulsfrequenz und Zeitparameter (Tp, Th, tm, td) des Impulszyklus einzustellen, anzupassen oder auszuwählen,
– Mittel zur Auswahl der Drahtgeschwindigkeit, die es ermöglichen, eine Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil) einzustellen, anzupassen oder auszuwählen,
– Mittel zur Bestimmung der durchschnittlichen Stromwerte (Imoy) und der Wirkstromwerte (Ieff), die es ermöglichen, mindestens einen durchschnittlichen Stromwert (Imoy) und mindestens einen Wirkstromwert (Ieff) zu bestimmen oder berechnen, wie beispielsweise: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 5 < A1 < 45 und 5 < B1 < 50 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 5 < A2 < 45 und 45 < B2 < 110 wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden, und
– Mittel zur Stromanpassung, die es ermöglichen, den Schweißstrom als Antwort auf die Bestimmung oder Berechnung der durchschnittlichen Stromwerte (Imoy) und der Wirkstromwerte (Ieff) durch die Mittel zur Bestimmung der durchschnittlichen Stromwerte (Imoy) und der Wirkstromwerte (Ieff) anzupassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mindestens einen Schweißstromgenerator umfassen oder von einem solchen gebildet sein.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine Schweißanlage, umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mindestens einen Schweißbrenner, mindestens eine Schweißdrahtquelle und mindestens eine Schutzgasquelle.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung zeigten nämlich auf, dass es auf überraschende Weise für ein gegebenes Moment Draht/Gas, eine gegebene Drahtgeschwindigkeit (Vfil) und eine gegebene Pulsfrequenz ausreichte, durchschnittliche Stromwerte (Imoy) und Wirkstromwerte (Ieff) auszuwählen, die diesen Parametern entsprechen und derart sind, wie sie oben für den Erhalt der Funktionsparameter angeführt sind, um zu einem wirksamen Impulsschweißverfahren zu führen, d.h. zu einem Schweißverfahren, das ein einziges Ablösen eines Tropfens pro Impuls ergibt, das frei von Projektionen von geschmolzenem Metall ist und es ermöglicht, eine konstante Lichtbogenhöhe beizubehalten.
Wie oben erwähnt, kann im Impulsmodus der Stromimpuls verschiedene Formen annehmen, aber die Trapezform ist praktisch die einzige, die auf industrieller Ebene verwendet wird und durch die in der beiliegenden 1 angegebenen Parameter gekennzeichnet ist.
In 1 sind schematisch zwei aufeinander folgende Stromimpulse mit Trapezform dargestellt; die Abszissenachse stellt die Zeit (t) in Millisekunden und die Ordinatenachse stellt die Stärke (I) des Stroms in Ampere dar.
Jeder Stromimpuls ist gebildet:

– von einer Stromanstiegeskurve von einem niedrigen Stromwert (Ib) bis zu einem hohen Stromwert (Ich) während einer Stromanstiegszeit (tm);
– von einer hohen Stromstufe, die den oberen Teil des Trapezes während einer hohen Impulszeit (Th) bildet, während der sich der Tropfen des geschmolzenen Metalls am Ende des Drahtes löst; und
– von einer Stromabstiegskurve vom hohen Stromwert (Ich) bis zum niedrigen Stromwert (Ib) während einer Stromabstiegszeit (td), wobei die Abstiegszeit (tf) gleich der Stromanstiegszeit (tm) sein kann oder nicht.

Die Summe der Dauern der Anstiegszeit (tm), der hohen Zeit (Th) und der Abstiegszeit (td) des Stroms stellt die Impulszeit (Tp) dar.
Ein trapezförmiger Impuls ist vom folgenden Impuls durch eine niedrige Stromstufe während einer niedrigen Zeit (Tb) getrennt.
Die Summe der Dauern der Impulszeiten (Tp) und der niedrigen Zeiten (Tb) stellt den Kehrwert der Frequenz (1/f) ausgedrückt in Hertz dar.
Um zu dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu gelangen, wurden mehrere Tests von den Erfindern durchgeführt, die in den nachstehenden Beispielen beschrieben sind.
Tests
In Tabelle 1 sind nachstehend mehrere Sätze von Parametern eingetragen, die für eine Drahtgeschwindigkeit (Vfil) von 4 m·mn^–1, eine Frequenz (f) von 80 Hz und ein Moment (Imoy, Ieff) mit Imoy = 146 A und Ieff = 188 A erhalten wurden und die ähnliche Schweißergebnisse beim Impulsschweißen von zwei Werkstücken aus Kohlenstoffstahl ergeben.
Tabelle 1
Bei Betrachtung dieser Tabelle 1 stellten die Erfinder fest, dass für ein selbes Moment Draht/Gas, eine selbe Zuführgeschwindigkeit des Drahtes (Vfil) und eine selbe Pulsfrequenz nur ein schmaler Bereich von Variationen des Moments (Imoy, Ieff) vorhanden war, in dem die Übertragung des Tropfens korrekt war, und dass in diesem Intervall, wenn der Wert von Imoy erhöht wurde, unbedingt der Wert von Ieff verringert werden musste, um die Wirksamkeit des Schweißverfahrens zu bewahren.
Mit anderen Worten kann über ein Moment (Imoy Minimum; Ieff Maximum) hinaus keine Metallübertragung des Drahtes zu der Schweißnaht ohne Kurzschluss erfolgen, und über ein Moment (Imoy Maximum; Ieff Minimum) hinaus wird das Ablösen der Tropfen fehlerhaft und führt zum Auftreten von großen Tropfen geschmolzenen Metalls, was nicht wünschenswert ist.
In der nachstehenden Tabelle II sind als Beispiel die Grenzmomente angeführt, die für eine Drahtgeschwindigkeit (Vfil) von 4 m·mn^–1 und eine Pulsfrequenz von 100 Hz bestimmt wurden; es ist anzumerken, dass diese Grenzmomente auch die Lichtbogenhöhe bewahren. Tabelle II

Imoy (A) Ieff (A)

128 215

143 195
Davon ausgehend studierten die Erfinder auch die Entwicklung der Funktionsmomente (Imoy, Ieff) in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz unter Beibehaltung einer möglichst kurzen Lichtbogenhöhe (ungefähr 3 bis 4 mm) und für eine selbe Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes.
Die Entwicklung dieser Momente ist in 2 für eine Geschwindigkeit von 4 m·mn^–1 dargestellt.
Angesichts der erhaltenen Ergebnisse geht hervor, dass es nicht möglich ist, dasselbe Moment lange beizubehalten (Imoy; Ieff), wenn die Frequenz variiert wird, und wenn bei einer Verringerung dieser Frequenz der Abstand zwischen Imoy und Ieff geringer wird.
Allerdings zeigt sich, dass eine Minimalfrequenz und eine Maximalfrequenz vorhanden ist, unter und über der es schwer ist, vorzugehen.
Diese Grenzen werden vom Durchmesser des erhaltenen Tropfens festgesetzt, wobei die untere Frequenzgrenze auf ungefähr 1,2-mal den Drahtdurchmesser und die obere Frequenzgrenze auf ungefähr 0,8-mal den Drahtdurchmesser festgesetzt ist.
Aus diesen Tests geht hervor, dass alle den Stromimpuls für ein bestimmtes Moment Draht/Gas und eine bestimmte Drahtgeschwindigkeit (Vfil) beschreibenden Parameter in einen Bereich des Raums der Imoy und Ieff eingeschlossen sein können, und dass dieser Bereich durch einige einfache Experimente durch Bestimmung eines Moments (Imoy, Ieff), das für eine Frequenz funktioniert, die einen Tropfen von der Größenordnung des Durchmessers des Drahtes ergibt, Frequenzexkursion und Bestimmung des Moments (Imoy, Ieff) für die Grenzfrequenzen und Bestimmung der Grenzmomente, über und unter denen das Ablösen für diese Grenzfrequenzen nicht korrekt ist, bestimmt werden kann.
So ist bei Darstellung der Entwicklung der Werte von Imoy und Ieff in Abhängigkeit von der Drahtgeschwindigkeit (Vfil), die mit einem Schmelzdraht erhalten werden, der von der Firma LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE unter der Bezeichnung NERTALIC^TM 70S mit einem Durchmesser von 1,2 mm vertrieben wird, und unter Verwendung eines Schutzgases, das von der Firma L'AIR LIQUIDE unter der Bezeichnung ARCAL^TM 21 (Mischung Ar/CO₂) vertrieben wird, festzustellen, dass die Entwicklung praktisch über den gesamten betrachteten Drahtgeschwindigkeitsbereich linear ist, wobei die Momente für 2 m·min^–1 und 8 m·min^–1 Drahtgeschwindigkeit (Vfil) und für eine Frequenz für jede Drahtgeschwindigkeit entsprechend einem theoretischen konstanten Tropfendurchmesser von 0,88 mal dem Drahtdurchmesser bestimmt werden.
Durch gleiches Vorgesehen konnten die Erfinder die Gesamtheit der Funktionspunkte für die Gesamtheit der Momente Draht/Gas beim MIG- oder MAG-Impulsschweißen für eine gegebene Pulsfrequenz und Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil) bestimmen, und haben nun festgelegt, dass für den Erhalt eines wirkungsvollen Schweißens ein durchschnittlicher Stromwert (Imoy) und ein Wirkstromwert (Ieff) wie folgt zu wählen sind: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 5 < A1 < 45 und 0 < B1 < 50, und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 5 < A2 < 45 und 40 < B2 < 100
wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden.

Claims

Verfahren zum Impulslichtbogenschweißen eines oder mehrerer Werkstücke aus Kohlenstoffstahl, rostfreiem Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit Einsatz eines Gasschutzes, bei dem ein Lichtbogenschweißbrenner mit mindestens einem Schmelzdraht mit einer Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil) gespeist wird und der Schmelzdraht Stromimpulsen ausgesetzt wird, um ein Schmelzen des Endes des Schmelzdrahtes und das Ablösen eines Tropfens geschmolzenen Metalls durch Stromimpuls zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass für eine gegebene Pulsfrequenz und gegebene Zeitparameter (Tp, Th, tm, td) des Pulszyklus eine Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil), ein durchschnittlicher Stromwert (Imoy) und ein Wirkstromwert (Ieff) gewählt und/oder eingesetzt werden, wie beispielsweise: Imoy = A1× Vfil + B1wobei 5 < A1 < 45 und 0 < B1 < 50 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 5 < A2 < 45 und 40 < B2 < 100 wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die zu verschweißenden Werkstücke aus Kohlenstoffstahl sind, und dass der durchschnittliche Stromwert (Imoy) und der Wirkstromwert (Ieff) derart gewählt werden, dass: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 20 < A1 < 40 und 0 < B1 < 30 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 19 < A2 < 39 und 40 < B2 < 100 wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die zu verschweißenden Werkstücke aus rostfreiem Stahl sind, und dass der durchschnittliche Stromwert (Imoy) und der Wirkstromwert (Ieff) derart gewählt werden, dass: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 10 < A1 < 40 und 0 < B1 < 40 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 9 < A2 < 39 und 40 < B2 < 100 wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die zu verschweißenden Werkstücke aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sind, und dass der durchschnittliche Stromwert (Imoy) und der Wirkstromwert (Ieff) derart gewählt werden, dass: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 5 < A1 < 30 und 0 < B1 < 20 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 5 < A2 < 25 und 40 < B2 < 65 wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil) zwischen 1 und 20 m·min^–1, vorzugsweise zwischen 2 und 15 m·min^–1, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz zwischen 20 und 300 Hz, vorzugsweise zwischen 50 und 200 Hz, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,8, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die zu verschweißenden Werkstücke aus Kohlenstoffstahl sind, und dass das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,05 und 1,6, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die zu verschweißenden Werkstücke aus rostfreiem Stahl sind, und dass das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,8, beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die zu verschweißenden Werkstücke aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sind, und dass das Verhältnis (Ieff/Imoy) des Wirkstromwerts (Ieff) zum durchschnittlichen Stromwert (Imoy) zwischen 1,05 und 2, vorzugsweise zwischen 1,05 und 1,5, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasschutz von einem Gas oder einem Gasgemisch gebildet ist, das unter Helium, Argon, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff ausgewählt wird, und/oder dass der Schmelzdraht einen Durchmesser zwischen 0,6 mm und 2,2 mm und vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 1,6 mm hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen vom Typ MIG-Impulsschweißen oder MAG-Impulsschweißen ist, und/oder dass der Draht ein voller Draht oder ein Seelendraht ist.
Vorrichtung zum Lichtbogenimpulsschweißen, die ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 einsetzen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – Mittel zur Auswahl der Frequenz und der Zeitparameter (Tp, Th, tm, td) des Impulszyklus, die es ermöglichen, eine Impulsfrequenz und Zeitparameter (Tp, Th, tm, td) des Impulszyklus einzustellen, anzupassen oder auszuwählen, – Mittel zur Auswahl der Drahtgeschwindigkeit, die es ermöglichen, eine Drahtzuführgeschwindigkeit (Vfil) einzustellen, anzupassen oder auszuwählen, – Mittel zur Bestimmung der durchschnittlichen Stromwerte (Imoy) und der Wirkstromwerte (Ieff), die es ermöglichen, mindestens einen durchschnittlichen Stromwert (Imoy) und mindestens einen Wirkstromwert (Ieff) zu bestimmen oder berechnen, wie beispielsweise: Imoy = A1 × Vfil + B1wobei 5 < A1 < 45 und 5 < B1 < 50 und Ieff = A2 × Vfil + B2wobei 5 < A2 < 45 und 45 < B2 < 110 wobei Imoy und Ieff in Ampere und Vfil in m·min^–1 ausgedrückt werden, und – Mittel zur Stromanpassung, die es ermöglichen, den Schweißstrom als Antwort auf die Bestimmung oder Berechnung der durchschnittlichen Stromwerte (Imoy) und der Wirkstromwerte (Ieff) durch die Mittel zur Bestimmung der durchschnittlichen Stromwerte (Imoy) und der Wirkstromwerte (Ieff) anzupassen, wobei sie vorzugsweise mindestens einen Schweißstromgenerator umfasst oder von einem solchen gebildet ist.
Schweißanlage, umfassend mindestens eine Vorrichtung nach Anspruch 13, mindestens einen Schweißbrenner, mindestens eine Schweißdrahtquelle und mindestens eine Schutzgasquelle.