DE69801182T2

DE69801182T2 - Vorrichtung zum Schweissen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzenden Elektrodendraht und Steuerprozess dafür

Info

Publication number: DE69801182T2
Application number: DE69801182T
Authority: DE
Inventors: Hideki Ihara; Tetsu Innami; Jingbo Wang
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: EP0873810B1; EP0873810A1; DE69801182D1; CN1201726A; JPH10263815A; JP3132409B2; US6037554A; CN1062798C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht unter Verwendung eines Schutzgases mit CO&sub2;- Gas als Hauptbestandteil sowie ein Verfahren zur Steuerung dieser Vorrichtung.
Eine Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht unter Verwendung von Schutzgas mit CO&sub2;-Gas als Hauptbestandteil, das kostengünstiger ist als Inertgas (beispielsweise Argongas) gemäß dem Stand der Technik ist weit verbeitet eingesetzt worden. Diese Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht unter Verwendung von CO&sub2;-Gas hat die Vorteile geringer laufender Kosten und der Ausbildung einer hervorragenden Schweißverbindung. Bei dieser Art einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht ist es erforderlich, als zu lösendes technisches Problem die Erzeugung von Spritzern zu unterdrücken. Es ist bekannt, dass die Spritzererzeugung unterdrückt werden kann durch Unterteilen eines einzelnen Impulses in mehrere unterschiedliche Impulse.
Eine herkömmliche Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht, die beispielsweise in der ungeprüften sowie veröffentlichten japanischen Patentanmeldung TOKKAI (Hei) Nr. 1-254385 offenbart ist, wird unter Bezug auf Fig. 8A und 8B näher erläutert.
Fig. 8A zeigt eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einer Impulswellenform und den Bedingungen eines Tropfens und eines Lichtbogens an der Spitze eines Drahts bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht. Fig. 8B zeigt eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einer weiteren Impulswellenform und den Bedingungen des Tropfens und des Lichtbogens an der Spitze des Drahts bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht. In Fig. 8A und 8B zeigen (a) bis (h) Zeichnungsansichten der Bedingungen eines Tropfens 54 und eines Lichtbogens 57 an der Spitze eines Drahts 53 zu den jeweiligen Zeitpunkten (a) bis (h) auf der jeweiligen Zeitbasisachse der Impulswellenformen.
Bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht werden, wie in Fig. 8A gezeigt, ein erster Impulsstrom 51 und ein zweiter Impulsstrom 52, der größer ist als der erste Impulsstrom 51, abwechselnd mit vorbestimmten Intervallen an den Draht 53 als abschmelzbare Elektrode ausgegeben. Der zweite Impulsstrom 52 schmilzt die Spitze des Drahts 53, um den Tropfen 54 an der Spitze zu bilden. Zusätzlich führt der zweite Impulsstrom 52 zum Heruntertropfen des Tropfens 54 in einem den Lichtbogen 54 erzeugenden Lichtbogenbereich, so dass der Tropfen 54 in ein Schweißbecken 56 auf einem Basismetall 55 überführt wird.
Der erste Impulsstrom 51 steuert das Verhalten des Schweißbeckens 56 durch Verwenden seiner Lichtbogenkraft, um zu verhindern, dass der durch den zweiten Impulsstrom 52 gebildete und zum Wachsen gebrachte Tropfen 54 einen Kurzschluß in Bezug auf das Schweißbecken 56 während der Periode vom Zeitpunkt b zum Zeitpunkt h in Fig. 8A hervorruft. Das heißt, bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht verhindert die durch den ersten Impulsstrom 51 erzeugte Lichtbogenkraft, dass das Schweißbecken 56 sich dem Tropfen 54 nähert, der an der Spitze des Drahts 53 gebildet wird, wodurch eine Kurzschlussbildung zwischen dem Tropfen 54 und dem Schweißbecken 56 verhindert wird. Dies geht aus der Tatsache hervor, dass dann, wenn der erste Impulsstrom 51 nicht ausgegeben wird, der durch den zweiten Impulsstrom 52 gebildete Tropfen 54 durch den nächsten zweiten Impulsstrom 52 weiter zum Wachsen veranlasst wird, was zu einer Berührung mit dem Schweißbecken 56 und zu einem Kurzschluß mit diesem führt, wie in Fig. 8B gezeigt.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht wird die Lichtbogenkraft, erzeugt durch den ersten Impulsstrom 51, wie vorstehend erläutert, dazu verwendet, das Verhalten des Schweißbeckens 56 zu steuern. Die Abgabe des ersten Impulsstroms 51 muss deshalb die nachfolgenden Bedingungen (I) und (II) erfüllen.
(I) Die Lichtbogenkraft vermag das Verhalten des Schweißbeckens 56 zu steuern, das sich der Spitze des Drahts 53 nähert.
(II) Der Tropfen 54 wird von der Spitze des Drahts 53 nicht zu dem Basismetall 55 übertragen.
Mit anderen Worten muss bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht der erste Impulsstrom 51 so eingestellt werden, dass er einen Wert aufweist, der hinreicht, das Verhalten des Schweißbeckens 56 zu steuern, der jedoch kleiner ist als derjenige des zweiten Impulsstroms 52.
Bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht müssen die beiden Impulsströme mit unterschiedlichen Werten so abgegeben werden, wie vorstehend erläutert. Der Lichtbogenbereich befindet sich hierdurch in einem instabilen Zustand, bei welchem der Tropfen 54 zum Tropfen gebracht und von der Spitze des Drahts 53 zum Basismetall 54 übertragen wird. Infolge hiervon wird der Tropfen 54 bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nicht zum Abtropfen gebracht und instabil überführt, was zu einer Erzeugung von Spritzern führt.
Die JP-A-61017369 offenbart die Verwendung eines Lichtbogenstromimpulses, der aus einem Hauptimpulsstrom und einem Nebenimpulsstrom kleinerer Stromhöhe besteht, wodurch ein am Ende des Elektrodendrahts gebildeter Tropfen durch den Hauptimpulsstrom durch den Nebenimpulsstrom zum Haften gebracht wird.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht sowie ein Steuerverfahren hierfür zu schaffen, die die vorstehend genannten Probleme bei der herkömmlichen Vorrichtung zu überwinden vermag und mit geringen Kosten konfiguriert werden kann und eine lange Lebensdauer besitzt.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, wird eine Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht in Übereinstimmung mit Anspruch 1 bereitgestellt.
In Übereinstimmung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht kann der Tropfen an der Spitze der abschmelzenden Elektrode während der ersten Impulsperiode gebildet werden und die Lichtbogenlänge kann während der Basisperiode verkürzt werden. Der Anodenfleckbereich, der zwischen der Spitze des abschmelzenden Elektrodendrahts und dem Basismetall erzeugt wird, kann dadurch breiter bzw. größer gemacht werden. In der nachfolgenden zweiten Impulsperiode kann eine Klasse-II-Abquetschkraft dadurch erhöht werden, so dass der Tropfen problemlos abgelöst werden kann.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Dauer der ersten Impulsperiode abhängig von einer Zuführgeschwindigkeit des abschmelzenden Elektrodendrahts geändert.
Bei dieser Konfiguration kann die Menge des Tropfens, der während der ersten Impulsperiode gebildet werden soll, geeignet gewählt werden, und der Tropfen kann problemlos abgelöst werden.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Dauer der Impulsperiode abhängig von der Zuführgeschwindigkeit des abschmelzenden Elektrodendrahts geändert.
Bei dieser Konfiguration kann jeglicher Kurzschluß zwischen dem Tropfen und dem Basismetall mit Sicherheit verhindert werden.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dauer der zweiten Impulsperiode kürzer gewählt als diejenige der ersten Impulsperiode.
Mit dieser Konfiguration kann die Erzeugung von Spritzern mit Sicherheit verhindert werden, und der Tropfen kann problemlos abgelöst werden.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Dauer der ersten Impulsperiode auf Grundlage desjenigen Impulses ermittelt, der während der ersten Impulsperiode ausgegeben wird.
Bei dieser Konfiguration kann die Menge des Tropfens, die während der ersten Impulsperiode gebildet werden soll, geeignet gewählt werden.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Dauer der Impulsperiode auf Grundlage desjenigen Impulses ermittelt, der während der ersten Impulsperiode ausgegeben wird, auf Grundlage der Dauer der ersten Impulsperiode und der Zuführgeschwindigkeit des abschmelzenden Elektrodendrahts.
Bei dieser Konfiguration kann das Inkrement der Lichtbogenlänge, die während der ersten Impulsperiode erzeugt wird, während der Basisperiode mit Sicherheit verringert werden. Folglich kann jeglicher Kurzschluß zwischen dem Tropfen und dem Basismetall verhindert werden und der Tropfen kann problemlos während der zweiten Impulsperiode abgelöst werden.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Lichtbogenimpedanzermittlungsmittel zum Ermitteln der Impedanz eines Lichtbogens während der Basisperiode vorgesehen, so dass die Basisperiode durch das Ausgangssignal der Lichtbogenimpedanzermittlungsmittel beendet werden kann.
Mit dieser Konfiguration kann die auf den Tropfen ausgeübte Lichtbogenkraft, der sich im instabilen Zustand befindet, bis er in ein Schweißbecken absorbiert ist, abgeschwächt werden, um zu verhindern, dass der Tropfen Spritzer erzeugt.
Darüber hinaus wird ein Verfahren in Übereinstimmung mit Anspruch 9 bereitgestellt.
In Übereinstimmung mit dem Steuerungsverfahren für die Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht kann ein Tropfen an der Spitze des abschmelzenden Elektrodendrahts während der ersten Impulsperiode gebildet werden und die Lichtbogenlänge kann während der Basisperiode verkürzt werden. Der zwischen der Spitze des abschmelzenden Elektrodendrahts und dem Basismetall erzeugte Anodenfleckbereich kann dadurch breiter bzw. größer gemacht werden. Hierdurch kann die Klasse-II-Abquetschkraft vergrößert werden, so dass der Tropfen problemlos abgelöst werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einer Impulswellenform und den Bedingungen eines Tropfens und dem Lichtbogen an der Spitze eines Drahts bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer dritten Ausführungsform.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer vierten Ausführungsform.
Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer fünften Ausführungsform.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung von Kräften, die auf den Tropfen ausgeübt werden, der an der Spitze des Drahts bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht erzeugt wird.
Fig. 8A zeigt eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einer weiteren Impulswellenform und den Bedingungen des Tropfens und dem Lichtbogen an der Spitze des Drahts bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht.
Fig. 8B zeigt eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einer weiteren Impulswellenform und den Bedingungen des Tropfens und dem Lichtbogen an der Spitze des Drahts bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die bevorzugten Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht sowie ein Verfahren zum Steuern derselben gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.

< < GATTUNGSGEMÄßE AUSFÜHRUNGSFORM> >

Zunächst wird der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, nämlich eine Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht sowie ein Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Fig. 7 erläutert.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Kräfte, die auf einen Tropfen ausgeübt werden, der an der Spitze des Drahts in der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
In Fig. 7 steht ein Draht 5 als abschmelzende Elektrode in Richtung auf ein Basismetall 9 an einem Vorder- bzw. Spitzenende einer Elektrode 8 vor. Der Draht 5 ist aus Metalldraht mit einem Durchmesser von 0,8 bis 1,6 mm gebildet und wird in Richtung auf das Basismetall 9 mit einer vorbestimmten Drahtzuführgeschwindigkeit (beispielsweise 10 cm/min) durch einen Drahtzuführmotor 6 (Fig. 1) zugeführt. Zumindest entweder ein Schweißstrom oder eine Schweißspannung wird an den Draht 5 über die Elektrode 8 in Übereinstimmung mit einem Einschalttakt in einer Impulswellenformgruppe ausgegeben, die eine erste Impulsperiode zur Bildung eines Tropfens 25 mit einer vorbestimmten Menge an der Spitze des Drahts 5, eine Basisperiode zur Verkürzung einer Lichtbogenlänge 26 zwischen dem Tropfen 25 und dem Basismetall 9 und eine zweite Impulsperiode umfasst, um den Tropfen 25 abzulösen. Ein Lichtbogen 28 wird dadurch zwischen dem Draht 5 und dem Basismetall 9 erzeugt. Durch die Energie dieses Lichtbogens 28 wird die Spitze des Drahts 5 derart geschmolzen, dass der Tropfen 25 an der Spitze des Drahts 5 gebildet wird, wobei der Tropfen 25 zu dem Basismetall 9 durch Tropfenüberführung überführt wird.
Wie in Fig. 7 gezeigt, werden Schwerkraft 41 und Reibungskraft 42 mit einem Plasmastrahl des Lichtbogens 28 an den Tropfen 25 als Kräfte angelegt, die in einer Ablösungsrichtung zum Ablösen des Tropfens 25 von dem Ende des Drahts 5 ausgeübt werden. Außerdem werden als Kräfte, die in einer Richtung entgegengesetzt zu der Ablösungsrichtung ausgeübt werden, nämlich in einer Richtung zur Verhinderung, dass der Tropfen 25 abgelöst wird, eine Oberflächenspannung 44 und eine Lichtbogenkraft 45 auf den Tropfen 25 ausgeübt. Eine Klasse-II-Abquetschkraft 43 wird außerdem auf den Tropfen 25 in der Ablösungsrichtung oder der Richtung zur Verhinderung der Ablösung abhängig von den Bedingungen bzw. Zuständen des Tropfens 25 ausgeübt.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht und dem Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest der Schweißstrom, der den Draht 5 durchsetzt, oder die Schweißspannung, die an den Draht 5 angelegt wird, so ausgegeben, dass er bzw. sie mit dem Einschaltdauertakt in der Impulswellengruppe übereinstimmt, welche die erste Impulsperiode, die Basisperiode und die zweite Impulsperiode umfasst, wie vorstehend erläutert. Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht und dem Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Klasse-II-Abquetschkraft 43 in der Ablösungsrichtung auf den Tropfen 25 ausgeübt werden, der auf ein vorbestimmtes Gewicht gewachsen ist, nämlich auf eine vorbestimmte Menge. Infolge hiervon kann bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht und dem Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Ablösen des Tropfens 25 stabilisiert und beschleunigt werden, wodurch die Erzeugung von Spritzern verhindert wird.
Die Klasse-II-Abquetschkraft 43 wird nunmehr näher erläutert. Eine Kontaktgröße (Kontaktdurchmesser) Ra, mit welcher bzw. durch welchen der Tropfen 25 Kontakt mit dem massiven Abschnitt des Drahts 5 aufnimmt, entspricht dem Durchmesser des Drahts 5 an seiner Spitze bzw. an seinem Vorderende. Wenn das Ablösen des Tropfens 25 fortschreitet, wird jedoch auf der Kontaktfläche zwischen dem massiven Abschnitt des Drahts 5 und dem Tropfen 25 eine Einschnürung erzeugt und die Kontaktgröße Ra wird kleiner. Der Tropfen 25 wird schließlich vollständig vom Draht 5 abgelöst. Eine Größe Rb gibt die maximale Abmessung eines Anodenfleckbereichs 27 wieder, der auf dem Endabschnitt des Tropfens 25 gebildet wird. Im folgenden wird zur Vereinfachung angenommen, dass sämtliche Querschnitte vom Stromfluß zwischen der Spitze des Drahts 5 und dem Basismetall 9 konzentrisch sind.
Wie auf diesem Gebiet der Technik bekannt, handelt es sich bei der Abquetschkraft um eine Kraft, die zwischen dem massiven Abschnitt des Drahts 5 und dem Tropfen 25 ausgeübt wird, und die Kraft wird hervorgerufen durch elektromagnetische Kraft des Schweißstroms.
Im Fall von Ra = Rb, d. h. in dem Fall, dass der Stromfluß konstant ist, wird die elektromagnetische Kraft in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Stromflusses und des Magnetfelds erzeugt, das durch die Stromanteile des Stromflusses gebildet wird, d. h., in der Richtung zur Mitte des Stromflusses. Diese Kraft wird allgemein als Klasse-I-Abquetschkraft bezeichnet.
Beim tatsächlichen Schweißen wird der Stromfluß jedoch nicht konstant erzeugt, wie in Fig. 7 gezeigt. Mit anderen Worten ist Ra nicht gleich Rb. In diesem Fall verläuft die Richtung der elektromagnetischen Kraft geneigt in Richtung auf eine Axialrichtung des Stromflusses. Eine Komponente der elektromagnetischen Kraft wird in der Axialrichtung des Stromflusses erzeugt, und diese Komponente steht im Zusammenhang mit dem Ablösen des Tropfens 25 und sie wird als Klasse-II- Abquetschkraft bezeichnet. Ein Wert F der Klasse-II- Abquetschkraft 43 ist durch die nachfolgend angeführte Gleichung (I) wiedergegeben, wobei u die magnetische Permeabilität bezeichnet, und wobei I den Schweißstrom bezeichnet. In der Gleichung (I) ist die Ablöserichtung des Tropfens 25 als positive Richtung festgelegt.
F = -u/4π · I² · log Rb/Ra ... (I)
Wie aus der Gleichung (I) hervorgeht, wird im Fall von Ra > Rb die Klasse-II-Abquetschkraft 43 auf den Tropfen 25 in der Verhinderungsrichtung erzeugt, um zu verhindern, dass der Tropfen 25 abgelöst wird. Andererseits wird im Fall von Ra < Rb die Klasse-II-Abquetschkraft 43 auf den Tropfen 25 in der Richtung zur Beschleunigung des Ablösevorgangs für den Tropfen 25 erzeugt. Außerdem wird die Klasse-II-Abquetschkraft 43 proportional zum Logarithmus des Verhältnisses des Durchmessers Ra des Drahts 5 zur maximalen Größe Rb des Anodenfleckbereichs 27 größer. Unter der Annahme, dass der Durchmesser Ra des Drahts 5 konstant ist, wird aus diesem Grund bemerkt, dass die Klasse-II-Abquetschkraft 43 in der Ablösungsrichtung des Tropfens 25 vergrößert wird, wenn die maximale Größe Rb des Anodenfleckbereichs 27 größer gemacht wird. Auf Grundlage der Gleichung (I) wird deutlich, dass die Klasse-II- Abquetschkraft 23 während einer Impulsperiode größer wird, in welcher ein großer Strom fließt, als während einer Basisperiode, während welcher ein kleiner Strom fließt, weil die Klasse-II-Abquetschkraft 43 proportional zum Quadrat des Schweißstroms ist.
Um das Ablösen des Tropfens 25 unter Verwendung der Klasse- II-Abquetschkraft 43 zu erleichtern, sollte die Beziehung Rb > Ra gelten, d. h., der Anodenfleckbereich 27 sollte breiter bzw. größer gemacht werden.
Indem sie ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet haben, dass der Anodenfleckbereich 27 größer wird, wenn die Lichtbogenlänge 26 kürzer wird, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Impulswellenformgruppe bereitgestellt bzw. gebildet, aufweisend die erste Impulsperiode, die Basisperiode und die zweite Impulsperiode, wie vorstehend erläutert. Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht und dem Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wurde der Tropfen 25 mit der vorbestimmten Menge an der Spitze des Drahts 5 während der ersten Impulsperiode gebildet. Die Lichtbogenlänge 26 wurde daraufhin verkürzt, und dadurch konnte der Anodenfleckbereich 27 während der Basisperiode nicht verbreitert bzw. vergrößert werden. Infolge hiervon wurde die Klasse-II-Abquetschkraft 43 mit einem größeren Wert auf den Tropfen 25 während der zweiten Impulsperiode ausgeübt. Infolge hiervon konnte das Ablösen des Tropfens 25 stabilisiert und beschleunigt werden, ohne dass Spritzer erzeugt werden.
Die Zuführgeschwindigkeit des Drahts 5 kann geändert werden durch Ändern der Drehzahl des Drahtzuführmotors 6. In dem Fall, dass die Zuführgeschwindigkeit des Drahts 5 erhöht war, wird die erste Impulsperiode deshalb kürzer gewählt, so dass der Tropfen 25 die vorbestimmte Menge während der ersten Impulsperiode aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Fähigkeit zum Schmelzen des Drahts 5 während der Basisperiode verringert wird, um die Lichtbogenlänge 26 zu verkürzen. Mit anderen Worten, sollte entweder der Schweißstrom oder die Schweißspannung, der bzw. die zur Abgabe ansteht, während der Basisperiode bevorzugt kleiner sei als während den ersten und zweiten Impulsperioden. In dem Fall, dass die Zuführgeschwindigkeit des Drahts 5 erhöht ist, wird außerdem die Annäherungsgeschwindigkeit der Spitze des Drahts 5 zu dem Basismetall 9 erhöht. In dem Fall, dass die Zuführgeschwindigkeit des Drahts 5 erhöht ist, wird deshalb die Basisperiode kürzer gewählt.
Wie vorstehend erläutert, werden bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht und dem Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die erste Impulsperiode und die Basisperiode in Übereinstimmung mit der Zuführgeschwindigkeit des Drahts 5 geändert. Durch diese Änderung ist es möglich, die Erzeugung von Spritzern zu verhindern und dadurch den Tropfen 25 in einem Zustand der Tropfenüberführung stabil zum Abtropfen zu bringen.
Sobald der Tropfen 25 in den Ablösungsprozeß eintritt, wird die Einschnürung zwischen dem Draht 5 und dem Tropfen 25 erzeugt, und die Kontaktgröße Ra wird abhängig von der Zeit kleiner. Die Klasse-II-Abquetschkraft 43 wird dadurch größer und der Ablösevorgang wird beschleunigt. Die Zeit, bis zum Ende des Ablösungsprozesses, d. h. die zweite Impulsperiode sollte kürzer gemacht werden als die erste Impulsperiode zur Bildung des Tropfens 25.
Wenn die zweite Impulsperiode länger gemacht wird als die erste Impulsperiode, so dass die zweite Impulsperiode andauert, nachdem der Tropfen 25 abgelöst ist, wird ein weiterer Tropfen 25 in der zweiten Impulsperiode gebildet und in der Mitte der nächsten ersten Impulsperiode abgelöst. Der Effekt einer Vergrößerung der Klasse-II-Abquetschkraft 43 gemäß der vorliegenden Erfindung kann in diesem Fall deshalb nicht erreicht werden.

< < ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM> >

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen einer Impulswellenform und den Bedingungen eines Tropfens und einem Lichtbogen an einer Spitze eines Drahts der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht.
In Fig. 1 umfasst die Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ausgabesteuereinrichtung 1, die beispielsweise mit einer (nicht gezeigten) Drei- Phasen-Wechselstromquelle verbunden ist, einem Transformator 2 zum Verringern der Abgabeleistung der Abgabesteuereinrichtung 1 auf eine Spannung, die zum Schweißen geeignet ist, einen Gleichrichter 3 mit Dioden, die verwendet werden, um das Ausgangssignal des Transformators 2 gleichzurichten, und einen Reaktor 4, der zwischen dem Gleichrichter 3 und die Elektrode 8 geschaltet ist. Die Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht umfasst den Drahtzuführmotor 6 zum Zuführen des Drahts 5, einen zylindrischen Schweißbrenner 7 zum Tragen der Elektrode 8 und einen Shunt 10 zum Ermitteln des Schweißstroms, der durch das Basismetall 9 fließt. Ein Schutzgas, das hauptsächlich CO&sub2;-Gas umfasst, wird in Richtung auf das Basismetall 9 in eine Richtung parallel zum Draht 5 ausgehend vom Bereich der Elektrode 8 des Schweißbrenners 7 gesprüht, um die Bedingung eines Lichtbogens zu stabilisieren.
Die Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht ist mit einer Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 zum Einstellen der Drehzahl des Drahtzuführmotors 6 versehen, d. h. zum Einstellen der Zuführgeschwindigkeit des Drahts 5, und mit einer Ausgangssteuereinrichtung 12 zum Steuern der Ausgabe bzw. des Ausgangssignals der Abgabesteuereinrichtung 1. Die Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht umfasst außerdem einen Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 zum Bilden der vorstehend genannten Impulsgruppenwellenform und zum Ausgeben von Instruktionen an die Ausgabesteuereinrichtung 12 und eine Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14 zum Einstellen einer Wellenform zwischen den beiden Impulsgruppenwellenformen während einer Zwischengruppenbasisperiode. Ein Stromdetektor 15 zum Empfangen eines Ermittlungssignal von dem Shunt 10 zur Ermittlung des Schweißstroms und ein Spannungsdetektor 16 zum Ermitteln der Schweißspannung sind mit der Ausgabesteuereinrichtung 12 verbunden. Eine Schweißspannungseinstelleinheit 18 zum Einstellen der Schweißspannung ist mit dem Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 verbunden.
Die Drahtzuführgeschwindigkeiteinstelleinheit 11 ist mit einem ROM oder einer ähnlichen (nicht gezeigten) Speichervorrichtung versehen. Mehrere erste Impulszeitwerte TP1 während der ersten Impulsperiode und mehrere Basiszeitwerte TB1 während der Basisperiode, jeweils entsprechend mehreren Zuführgeschwindigkeiten, zum Einstellen in der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 sind im vornherein in der Speichervorrichtung abgespeichert worden. Wenn die Zuführgeschwindigkeit durch eine Bedienperson oder dergleichen eingestellt wird, gibt die Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 die Zuführgeschwindigkeit an den Drahtzuführmotor 6 aus. Die Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 gibt außerdem ein Paar aus dem ersten Impulszeitwert TP1 und dem Basiszeitwert TB1 entsprechend der Zuführgeschwindigkeit, die in ihr eingestellt ist, an den Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 aus.
Der Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 bildet die vorstehend genannte Impulsgruppenwellenform auf Grundlage von Eingangswerten von der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 und der Schweißspannungseinstelleinheit 18 und auf Grundlage eines Zwischengruppenwellenformstoppsignals von der Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14. Der Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 umfasst eine Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 zum Einstellen einer geformten Impulsgruppenwellenform in der Ausgabesteuereinrichtung 12. Der Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 umfasst außerdem eine erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19, eine Basiszeitwerteinstelleinheit 20 und eine zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 zum Ausgeben des ersten Impulszeitwerts TP1, des Basiszeitwerts TB1 und eines zweiten Impulszeitwerts TP2, die als Time-Sharing-Signale dienen, und zwar an die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17. Außerdem umfasst der Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 eine Subtraktionswerteinstelleinheit 22 mit einem vorbestimmten Subtraktionswert, und verbunden mit der zweiten Impulszeitwerteinstelleinheit 21, eine Basisausgabeeinstelleinheit 23 zum Ausgeben eines Basisausgangswerts VB an die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 während der Basisperiode und der Zwischengruppenbasisperiode und eine Impulsausgabeeinstelleinheit 24 zum Ausgeben eines Impulsausgangswerts VP an die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 während der ersten und zweiten Impulsperioden.
Die erste Impulsperiodenzeitwerteinstelleinheit 19 empfängt den ersten Impulszeitwert TP1 von der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 und gibt den ersten Impulszeitwert TP1 an die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 aus. Die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 startet mit dem Zählen einer Zeit, wenn die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 ein Zwischengruppenwellenformstoppsignal von der Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14 empfängt. Wenn ein gezählter Zeitwert mit dem ersten Impulszeitwert TP1 übereinstimmt, der von der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 eingegeben wird, gibt die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 ein erstes Zählbeendigungssignal an die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus.
Die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 startet mit dem Zählen einer Zeit, wenn die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 das erste Zählbeendigungssignal von der ersten Impulszeitwerteinstelleinheit 19 empfängt. Wenn ein gezählter Zeitwert mit dem Basiszeitwert TB1 übereinstimmt, der von der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 eingegeben wird, gibt die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 ein zweites Zählbeendigungssignal an die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus.
Eine zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 subtrahiert den Subtraktionswert der Subtraktionswerteinstelleinheit 22 von dem ersten Impulszeitwert TP1 der ersten Impulszeitwerteinstelleinheit 19 derart, dass der zweite Impulszeitwert TP2 berechnet wird. Die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 startet mit dem Zählen einer Zeit, wenn die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 das zweite Zählbeendigungssignal von der Basiszeitwerteinstelleinheit 20 empfängt. Wenn ein gezählter Zeitwert mit dem zweiten Impulszeitwert TP2 übereinstimmt, der durch Berechnung erhalten wurde, gibt die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 ein drittes Zählbeendigungssignal an die Ausgabesteuereinheit 12 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr erläutert.
Ein Schweißausgangssignal bzw. eine Schweißausgabe wird einer Ausgangssteuerung durch die Ausgabesteuereinrichtung 1 in Übereinstimmung mit dem Signal der Ausgangssteuereinrichtung 12 unterworfen und durch den Gleichrichter 3 über den Transformator 2 gleichgerichtet. Daraufhin wird das Schweißausgangssignal durch den Reaktor 4 geglättet und zwischen der Elektrode 8 und dem Basismetall 9 zugeführt. Der Draht 5 wird einem Schweißabschnitt durch den Drahtzuführmotor 6 zugeführt, der durch das Signal der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 gesteuert wird. Elektrische Energie bzw. elektrischer Strom wird dem Draht 5 über die Elektrode 8 zugeführt, und eine Lichtbogenbedingung tritt zwischen der Spitze des Drahts 5 und dem Basismetall 9 auf. Der durch die Energie des Lichtbogens geschmolzene Draht 5 wird zu dem Basismetall 9 überführt, wodurch Schweißen durchgeführt wird.
Die Ausgangssteuereinrichtung 12 empfängt die Impulsgruppenwellenform von der Impulsgruppenwellenformeinstelleinheit 17 des Gruppenwellenformbildungsabschnitts 13 und sie empfängt außerdem die Zwischengruppenbasiswellenform zwischen den beiden Impulsgruppenwellenformen von der Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14. Außerdem empfängt die Ausgangssteuereinrichtung 12 einen Rückkopplungswert des Schweißstroms, ermittelt durch den Stromdetektor 15 über den Shunt 10, und einen Rückkopplungswert der Schweißspannung, ermittelt durch den Spannungsdetektor 16, und sie führt eine Stromsteuerung oder Spannungssteuerung auf Grundlage des entsprechenden Rückkopplungswerts aus. Bei der Stromsteuerung oder der Spannungssteuerung wird das Umschalten der Perioden in der Impulsgruppenwellenform auf Grundlage der vorstehend genannten Time-Sharing-Signale TP1, TB1 und TP2 von dem Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 ausgeführt.
Die Impulswellenformgruppe, die den Betrieb in dem Gruppenwellenformbildungsabschnitt 13 bildet, wird unter Bezug auf Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Zunächst wird der Zeitwahlvorgang bzw. Zeiteinstellvorgang bei jeder Dauer der Perioden erläutert.
Die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 startet mit dem Zählen einer Zeit, wenn die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 ein Zwischengruppenwellenformbeendigungssignal von der Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14 empfängt, und sie setzt das Zeitzählen fort, bis der gezählte Zeitwert mit dem ersten Impuls Zeitwert TP1 übereinstimmt, der von der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 eingegeben wird. Wenn der gezählte Zeitwert den ersten Impulszeitwert TP1 erreicht, gibt die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 das erste Zählausgangssignal an die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus. Gleichzeitig gibt die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 den ersten Impulszeitwert TP1 an die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 aus. Der erste Impulszeitwert TP1 dient als Zeitwert zum Steuern der Menge des Tropfens 25, die an die Spitze des Drahts 5 zugeführt werden soll. Wenn die Drahtzuführgeschwindigkeit beispielsweise erhöht wird, wählt die Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 einen kleineren Zeitwert als den ersten Impulszeitwert TP1 und gibt den kleineren Zeitwert an die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 aus, um die Menge des Tropfens auf die vorbestimmte Menge einzustellen.
Die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 startet mit dem Zählen einer Zeit, wenn die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 das erste Zählbeendigungssignal von der ersten Impulszeitwerteinstelleinheit 19 empfängt und sie setzt das Zählen der Zeit fort, bis der gezählte Zeitwert mit dem Basiszeitwert TB1 von der Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 übereinstimmt. Wenn der gezählte Zeitwert den Basiszeitwert TB1 erreicht, gibt die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 das zweite Zählbeendigungssignal an die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus. Da die Menge des zu schmelzenden Drahts kleiner wird als diejenige des während der Basisperiode zuzuführenden Drahts, nähert sich die Spitze des Drahts 5 dem Basismetall 9 im Lauf der Zeit. Wenn die Drahtzuführgeschwindigkeit beispielsweise erhöht wird, wählt deshalb die Drahtzuführgeschwindigkeitseinstelleinheit 11 einen kleineren Zeitwert als den Basiszeitwert TB1 und gibt den kleineren Zeitwert an die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 aus, um eine Kurzschlussbildung zwischen dem Tropfen 25 und dem Basismetall 9 zu verhindern.
Die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 startet das Zählen zu einem Zeitpunkt, wenn die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 das zweite Zählbeendigungssignal von der Basiszeitwerteinstelleinheit 20 empfängt und sie setzt die Zeitzählung fort, bis der gezählte Zeitwert mit dem zweiten Impulszeitwert TP2 übereinstimmt, der durch Berechnung erhalten wird. Wenn der gezählte Zeitwert den zweiten Impulszeitwert TP2 erreicht, gibt die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 das dritte Zählbeendigungssignal an die Ausgangssteuereinrichtung 12 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus. Auf diese Weise werden die Zeit-Sharing-Signale TP1, TB1 und TP2 an die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aufeinanderfolgend ausgegeben.
Der Schweißspannungseinstellvorgang während jeder Periode wird nunmehr erläutert.
Die Basisausgabeeinstelleinheit 23 ermittelt den Basiseinstellwert VB während der Basisperiode und der Zwischengruppenbasisperiode auf Grundlage der Schweißspannung, die durch die Schweißspannungseinstelleinheit 18 eingestellt wird und sie gibt den Basiseinstellwert VB an die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus. Die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 erzeugt dadurch in der Basisperiode verwendete Impulswellenform. In derselben Weise ermittelt die Impulsausgabeeinstelleinheit 24 den Impulseinstellwert VP während der ersten und zweiten Impulsperioden auf Grundlage der Schweißspannung, die in der Schweißspannungseinstelleinheit 18 eingestellt wird, und gibt den Impulseinstellwert VP an die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus. Die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 erzeugt Impulswellenformen, die in den ersten und zweiten Impulsperioden verwendet werden.
Die wie vorstehend erhaltene Impulswellenformgruppe wird kontinuierlich ausgegeben mit dem Zwischengruppenbasiszeitwert TD dazwischen, eingestellt durch die Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14. Die Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14 startet die Ausgabe des Basiseinstellwerts VB von der Basisausgabeeinstelleinheit 23 während der Zwischengruppenbasisperiode, wenn die Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14 das Zwischengruppenwellenformbeendigungssignal empfängt.
Die Beziehung zwischen der Impulswellenformgruppe, die wie vorstehend erläutert erhalten wird, und den Bedingungen des Tropfens 25 und dem Lichtbogen an der Spitze des Drahts 5 wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 2 erläutert. Die Bedingungen des Tropfens 25 an der Spitze des Drahts 5 sind bei (a) bis (g) von Fig. 2 gezeigt und die Bedingungen entsprechend der Schweißspannungswellenform sind darunter in Bezug auf die Zeit durch Pfeile bezeichnet.
In der bei (a) von Fig. 2 gezeigten Bedingung wurde der Tropfen 25 an der Spitze des Drahts 5 zu dem Basismetall 9 überführt. Mit anderen Worten wird die bei (a) von Fig. 2 gezeigte Bedingung während der Zwischengruppenbasisperiode entwickelt. Die bei (b) von Fig. 2 gezeigte Bedingung wird in der frühen Stufe der ersten Impulsperiode entwickelt. In dieser Stufe wird der Draht 5 durch den ersten Impuls (hoher Ausgangsimpuls) entwickelt und ein weiterer Tropfen 25 wird gebildet und die Lichtbogenlänge 26 ist lang. In der abschließenden Stufe der ersten Impulsperiode wächst der Tropfen 25 weiter, wie in (c) von Fig. 2 gezeigt, und die Lichtbogenlänge 26 wird länger. Zu diesem Zeitpunkt wird der Anodenfleckbereich 27 kleiner. Während der Basisperiode nach der ersten Impulsperiode wird die Schweißausgabe bzw. das Schweißausgangssignal kleiner und die Drahtzuführgeschwindigkeit wird höher als die Drahtschmelzgeschwindigkeit. Wie in (d) von Fig. 2 gezeigt, wird deshalb die Lichtbogenlänge 26 allmählich kürzer. Während der zweiten Impulsperiode wird die Lichtbogenlänge 26 ausreichend kurz und der Anodenfleckbereich 27 wird größer, wie in (e) von Fig. 2 gezeigt. Infolge hiervon wird die auf den Tropfen 25 ausgeübte Klasse-II- Abquetschkraft 43 größer und der Tropfen 25 wird glatt bzw. gleichmäßig abgelöst, wie in (g) von Fig. 2 gezeigt. Dieser Prozess wird während des Schweißvorgangs wiederholt.

< < ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM> >

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Konfiguration der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß dieser Ausführungsform ist eine erste Speichereinheit in dem Gruppenwellenformbildungsabschnitt vorgesehen, ohne die mehreren ersten Impulszeitwerte TP1 entsprechend der Zuführgeschwindigkeit in der Drahtzuführgeschwindigkeiteinstelleinheit rückzuhalten. Dieser erste Speicherabschnitt speichert die mehreren ersten Impulszeitwerte TP1, im voraus jeweils ermittelt auf Grundlage der mehreren Impulseinstellwerte VP. Die übrigen Elemente und Abschnitte sind ähnlich zu denjenigen bei der ersten Ausführungsform, weshalb sich deren nähere Erläuterung erübrigt.
In Fig. 3 werden die mehreren ersten Impulszeitwerte TP1, ermittelt auf Grundlage von jedem der mehreren Impulszeiteinstellwerte VP, in der Speichereinheit 29 im vornherein abgespeichert. Die erste Speichereinheit 29 empfängt den Impulseinstellwert VP von der Impulsausgabeeinstelleinheit 24 und wählt einen geeigneten ersten Impulszeitwert TP1 entsprechend dem Impulseinstellwert VP. Die erste Speichereinheit 29 gibt den gewählten ersten Impulszeitwert TP1 an die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 aus.
Nachdem die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 den ersten Impulszeitwert TP1 von der ersten Speichereinheit 29 empfangen hat, startet sie mit dem Zählen einer Zeit, wenn die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 das Zwischengruppenwellenformbeendigungssignal von der Zwischengruppenwellenformeinstelleinheit 14 empfängt, genauso wie bei der ersten Ausführungsform. Wenn der gezählte Zeitwert mit dem ersten Impulszeitwert TP1 von dem ersten Speicherabschnitt 29 übereinstimmt, gibt die erste Impulszeitwerteinstelleinheit 19 das erste Zählbeendigungssignal an die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus.
Um den Tropfen 25 mit einer vorbestimmten Menge während der ersten Impulsperiode zu bilden, müssen der erste Impulszeitwert TP1 und der Impulseinstellwert VP in Bezug zueinander und durch die nachstehend genannte Gleichung (2) ermittelt werden, sowie in der ersten Speichereinheit 29 im vornherein gespeichert sein. In der Gleichung (2) stellt V eine geschmolzene Menge des Drahts 5 dar, und α und β stellen Proportionalitätskonstanten dar. Außerdem stellt d eine Vorschublänge des Spitzenendes der Elektroden 8 des Drahts S dar, und I stellt den Schweißstrom dar.
V/t = αI + βdI² ... (2)
Die Schmelzgeschwindigkeit des Drahts 5 (Schmelzmenge pro Zeit) wird ermittelt durch eine Wärmemenge (die erste Größe auf der rechten Seite), erzeugt am Draht 5 aufgrund der Verwendung des Drahts 5 als Anode und Wärmeerzeugung (die zweite Größe auf der rechten Seite) aufgrund des Widerstands eines vorstehenden Abschnitts des Drahts 5.
Der erste Impulszeitwert TP1 bezieht sich deshalb auf den Impulseinstellwert VP entsprechend dem Schweißstrom I während der ersten Impulsperiode, so dass die Menge V des Tropfens während der ersten Impulsperiode auf einen geeigneten Wert stabil gesteuert werden kann. Auf diese Weise kann bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht der Tropfen 25 stabil abgelöst werden durch Steuern der Menge V des Tropfens auf einen geeigneten Wert. Ein durch Software implementierter Rechner oder ein Rechner mit einer Hardware-Konfiguration kann anstelle der ersten Speichereinheit 29 verwendet werden.

< < DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM> >

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Konfiguration der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß dieser Ausführungsform ist ein zweiter Speicherabschnitt in dem Gruppenwellenformbildungsabschnitt ohne Rückhalten der mehreren Basiszeitwerte TB1 entsprechend der Zuführgeschwindigkeit in der Drahtzuführgeschwindigkeiteinstelleinheit vorgesehen. Dieser zweite Speicherabschnitt speichert die mehreren Basiszeitwerte TB1, ermittelt auf Grundlage des ersten Impulszeitwerts TP1, den Impulseinstellwert VP und die Drahtzuführgeschwindigkeit im vornherein. Die übrigen Elemente und Abschnitte sind ähnlich zu denjenigen bei der ersten Ausführungsform und bedürfen deshalb keiner näheren Erläuterung.
In Fig. 4 sind jede der mehreren Basiszeitwerte TB1, ermittelt auf Grundlage des ersten Impulszeitwerts TP1, der Impulseinstellwert VP und die Drahtzuführgeschwindigkeit im vornherein in einer zweiten Speichereinheit 30 gespeichert. Die zweite Speichereinheit 30 empfängt die Drahtzuführgeschwindigkeit, den ersten Impulszeitwert TP1 und den Impulseinstellwert VP von der Drahtzuführgeschwindigkeiteinstelleinheit 11, der ersten Impulszeiteinstelleinheit 19 und der Impulsausgabeeinstelleinheit 24. Die zweite Speichereinheit 30 wählt einen geeigneten Basiszeitwert TB1 entsprechend diesen empfangenen Werten und gibt den gewählten Basiszeitwert TB1 an die Basiszeiteinstelleinheit 20 aus.
Nachdem die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 den Basiszeitwert TB1 von der zweiten Speichereinheit 30 empfangen hat, startet sie mit dem Zählen einer Zeitmessung, wenn die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 das erste Zählbeendigungssignal von der ersten Impulszeitwerteinstelleinheit 19 empfangen hat, genauso wie bei der ersten Ausführungsform. Wenn der gezählte Zeitwert mit dem Basiszeitwert TB1 von der zweiten Speichereinheit 30 übereinstimmt, gibt die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 das zweite Zählbeendigungssignal an die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 aus.
Die Schmelzmenge während der ersten Impulsperiode wird ermittelt durch den ersten Impulszeitwert TP1 und den Impulseinstellwert VP, wie in der vorstehend angeführten Gleichung (2) gezeigt. Das Inkrement AL der Lichtbogenlänge während der ersten Impulsperiode wird deshalb wiedergegeben durch die Funktionen der ersten Impulsperiode TP1, dem Impulseinstellwert VP und die Drahtzuführgeschwindigkeit. Außerdem ist die Lichtbogenlänge, die während der Basisperiode verkürzt werden muss, abhängig von dem Inkrement ΔL der Lichtbogenlänge. Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß dieser Ausführungsform wird deshalb jeglicher Kurzschlussvorgang verhindert, und die Lichtbogenlänge wird stabiler verkürzt durch Berechnen und Einstellen des Basiszeitwerts TB1 auf Grundlage des ersten Impulszeitwerts TP1, des Impulseinstellwerts VP und der Drahtzuführgeschwindigkeit, die als Parameter verwendet werden.

< < VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM> >

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Konfiguration der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß dieser Ausführungsform ist ein Lichtbogenimpedanzermittlungsabschnitt in dem Gruppenwellenformbildungsabschnitt vorgesehen. Mit dieser Konfiguration wird die Basisperiode beendet, ohne die mehreren Basiszeitwerte TB1 entsprechend der Zuführgeschwindigkeit der Drahtzuführgeschwindigkeiteinstelleinheit rückzuhalten. Die übrigen Elemente und Abschnitte sind ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform, weshalb sich ihre nähere Erläuterung erübrigt.
In Fig. 5 ist ein Lichtbogenimpedanzermittlungsabschnitt konfiguriert durch eine Impedanzberechnungseinheit 31, die mit dem Stromdetektor 15 und dem Spannungsdetektor 16 verbunden ist, und eine Referenzwerteinstelleinheit 32, die einen IMpedenzreferenzwert rückhält. Die Impedanzberechnungseinheit 31 empfängt das erste Zählbeendigungssignal von der ersten Impulszeitwerteinstelleinheit 19. Beim Starten zum Zeitpunkt dieses Signalempfangs berechnet die Impedanzberechnungseinheit 31 die Impedanz der Schweißvorrichtung auf Grundlage des Stromwerts von dem Stromdetektor 15 und des Spannungswerts von dem Spannungsdetektor 16. Die Impedanzberechnungseinheit 31 berechnet die Impedanz bei bzw. zu Intervallen entsprechend den Ermittlungsintervallen des Stromdetektors 15 und des Spannungsdetektors 16 und sie gibt die berechnete Impedanz an die Basiszeitwerteinstelleinheit 20 nacheinander aus. Wenn die Impedanz von der Impedanzberechnungseinheit 31 kleiner wird als der Referenzwert von der Referenzwerteinstelleinheit 32, ermittelt die Basiszeitwerteinstelleinheit 20, dass eine Basisperiode beendet wurde, und gibt das zweite Zählbeendigungssignal an die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21 aus.
Der Impedanzreferenzwert wird wie nachfolgend beschrieben berechnet und wie vorhergehend in der Referenzwerteinstelleinheit 32 festgesetzt und gespeichert.
Im Fall, dass Kurzschluss auftritt, weil der Draht 5 in Kontakt mit dem Basismetall 9 gelangt, ist die durch die Impedanzberechnungseinheit 31 berechnete Impedanz gleich der Gesamtheit aus der Impedanz des vorstehenden Abschnitts des Drahts 5 und der Impedanz des Ausgangskabels zwischen dem Spannungsdetektor 16 und der Impedanzberechnungseinheit 31. Die Impedanz unter Kurzschlussbedingungen ist niedriger als die gesamte Impedanz in der Lichtbogenbedingung unmittelbar vor Auftreten des Kurzschlusses durch die Höhe der Impedanz des Lichtbogens 28 (nachfolgend als "Lichtbogenimpedanz" bezeichnet). Der Impedanzreferenzwert ist deshalb so gewählt, dass er die Impedanz in der Kurzschlussbedingung zu der Lichtbogenimpedanz agiert, die unter Berücksichtigung einer gewünschten Lichtbogenlänge ermittelt wird.
Bei der vorstehend genannten Konfiguration der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß dieser Ausführungsform kann die Basisperiode in einer Bedingung stabiler beendet werden, bei welcher Kurzschlussbildung verhindert wird und die Lichtbogenlänge verkürzt ist.
Da der Schweißstrom konstant gewählt ist, wenn die Stromsteuerung durchgeführt wird während der ersten Basisperiode, ist die Impedanz äquivalent zum Spannungsabfall. Wenn die Stromsteuerung durchgeführt wird, kann deshalb die Impedanzberechnungseinheit 31 entfallen und der Endzeitpunkt für die Basisperiode kann durch Verwenden des Spannungswerts von dem Spannungsdetektor 16 ermittelt werden.

< < FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM> >

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Konfiguration der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht bei dieser Ausführungsform ist ein Ablösungsermittlungsabschnitt zum Ermitteln des Ablösens des Tropfens in dem Gruppenwellenformbildungsabschnitt vorgesehen. Mit dieser Konfiguration wird die zweite Impulsperiode beendet. Die übrigen Elemente und Abschnitte sind ähnlich zu denjenigen bei der ersten Ausführungsform, weshalb sich eine nähere Erläuterung erübrigt.
In Fig. 6 ist ein Ablösungsermittlungsabschnitt durch einen Differentiator 33 gebildet, der mit dem Spannungsdetektor 16 verbunden ist, und durch eine Ablösungsermittlungsreferenzwerteinstelleinheit 34, die einen Referenzwert, d. h. einen Spannungswert rückhält bzw. speichert, der zum Ermitteln des Ablösungsvorgangs des Tropfens 25 verwendet wird. Der Differentiator 33 startet eine Differenzierung des ermittelten Signals der Schweißspannung, ausgehend vom Spannungsdetektor 16, wenn der Differentiator 33 das zweite Zählbeendigungssignal von der Basiszeitwerteinstelleinheit 20 empfängt. Wenn ein Ausgangswert von dem Differentiator 33 den Referenzwert von der Ablösungsermittlungsreferenzwerteinstelleinheit 34 empfängt, ermittelt die zweite Impulszeitwerteinstelleinheit 21, dass die zweite Impulsperiode beendet ist und gibt das dritte Zählbeendigungssignal an die Ausgangssteuereinrichtung 12 und die Gruppenwellenformeinstelleinheit 17 aus.
Wie vorstehend erläutert, wird bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht bei dieser Ausführungsform der Zeitpunkt zum Beenden der zweiten Impulsperiode abhängig von der zu überwachenden Schweißspannung gewählt bzw. eingestellt. Der Beendigungszeitpunkt kann genau eingestellt werden, weil die Lichtbogenlänge schlagartig verlängert wird, wenn der Tropfen 25 vom Draht 5 abgelöst wird, wodurch die Schweißspannung erhöht oder der Schweißstrom verringert wird. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform wird eine Erhöhung der Schweißspannung ermittelt, um den Beendigungszeitpunkt für die zweite Impulsperiode einzustellen. Anstelle einer Ermittlung der Erhöhung der Schweißspannung kann selbstverständlich eine Verringerung des Schweißstroms ermittelt werden, um den Beendigungszeitpunkt für die zweite Impulsperiode zu wählen.
Bei der Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht gemäß dieser Ausführungsform wird die zweite Impulsperiode beim Ablösungszeitpunkt des Tropfens 25 beendet. Eine auf den Tropfen 25 ausgeübte Lichtbogenkraft, der sich in einem instabilen Zustand befindet, bevor er in dem Schweißbecken auf dem Basismetall 9 nach dem Ablösevorgang absorbiert wird, kann deshalb abgeschwächt werden, um zu verhindern, dass der Tropfen das Spritzen erzeugt.
Bei den Erläuterungen der Konfigurationen der vorstehend genannten ersten bis fünften Ausführungsform wird eine Spannungssteuerung durchgeführt, wobei die Schweißspannung auf Grundlage des Impulseinstellwerts VP und des Basiseinstellwerts VB während jeweils der ersten Impulsperiode, der Basisperiode und der zweiten Impulsperiode konstant gemacht wird. Die Stromsteuerung, um den Schweißstrom konstant zu machen, kann auch in jeder Periode durchgeführt werden.
Die Wahl bzw. Einstellung des ersten Impulszeitwerts TP1 bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform, die Wahl bzw. die Einstellung des Basiszeitwerts TB1 in den in Fig. 4 und 5 gezeigten dritten und vierten Ausführungsformen und die Wahl bzw. Einstellung des zweiten Impulszeitwerts TP2 in der fünften Ausführungsform und wie in Fig. 6 gezeigt, besitzen Konfigurationen unterschiedlich zu denjenigen der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform. Diese Konfigurationen können jedoch in geeigneter Weise kombiniert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die aktuell bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, versteht es sich, dass diese Offenbarung nicht als beschränkend zu interpretieren ist. Verschiedene Abwandlungen und Modifikationen erschließen sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik, an welchem sich die vorliegende Erfindung wendet, ohne weiteres nach einem Studium der vorstehend angeführten Offenbarung. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die anliegenden Ansprüche als sämtliche Abwandlungen und Modifikationen abdeckend anzusehen sind, die in den Umfang der Erfindung fallen, die durch die Ansprüche festgelegt ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht zum Ausgeben von Impulsen an eine verbrauchbare Elektrode (5) und Schmelzen der verbrauchbaren Elektrode zum Schweißen eines Basismaterials (9) mit folgender Konfiguration:

zumindest entweder ein Schweißstrom oder eine Schweißspannung wird an die verbrauchbare Elektrode (5) in Übereinstimmung mit einem Einschaltdauertakt einer Impulswellenformgruppe ausgegeben,

wobei die Impulswellenformgruppe eine erste Impulsperiode (TP1) mit einem Impulseinstellwert (VP) aufweist, um einen Tropfen (25) mit einer vorbestimmten Menge an einem Ende der verbrauchbaren Elektrode (5) zu bilden, eine Basisperiode (TB1) mit einem Basiseinstellwert (VB) zum Verkürzen einer Lichtbogenlänge (26) zwischen dem Tropfen (25) und dem Basismetall (9), eine zweite Impulsperiode (TP2) mit einem Impulseinstellwert (VP) zum zusätzlichen Verkürzen der Lichtbogenlänge (26) und einen Zwischengruppenbasiszeitwert (TD) mit dem Basiseinstellwert (VB) zum Ablösen des Tropfens (25).

2. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nach Anspruch 1, wobei die Dauer der ersten Impulsperiode (TP1) abhängig von einer Zuführgeschwindigkeit der verbrauchbaren Elektrode (5) geändert wird.

3. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nach Anspruch 1, wobei die Dauer der Basisperiode (TB1) abhängig von der Zuführgeschwindigkeit der verbrauchbaren Elektrode (5) geändert wird.

4. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nach Anspruch 1, wobei die Dauer der zweiten Impulsperiode (TP2) kürzer eingestellt ist als diejenige der ersten Impulsperiode (TP1).

5. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Dauer der ersten Impulsperiode (TP1) auf Grundlage der Impulsabgabe während der ersten Impulsperiode (TP1) ermittelt wird.

6. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Dauer der Basisperiode (TB1) auf Grundlage der Impulsabgabe während der ersten Impulsperiode (TP1), der Dauer der ersten Impulsperiode (TP1) und der Zuführgeschwindigkeit der verbrauchbaren Elektrode (5) gewählt wird.

7. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei Lichtbogenimpedanzermittlungsmittel (31, 32) zum Ermitteln der Impedanz eines Lichtbogens während der Basisperiode (TB1) derart vorgesehen sind, dass die Basisperiode (TB1) durch das Ausgangssignal der Lichtbogenimpedanzermittlungsmittel (31, 32) beendet wird.

8. Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei Ablösungsermittlungsmittel (33, 34) zum Ermitteln des Ablösungsvorgangs des Tropfens (25) so vorgesehen sind, dass die zweite Impulsperiode (TP2) durch das Ausgangssignal der Ablösungsermittlungsmittel (33, 34) beendet wird.

9. Steuerungsverfahren für eine Vorrichtung zum Schweißen mit pulsierendem Lichtbogen und abschmelzendem Elektrodendraht zum Ausgeben von Impulsen zu einer verbrauchbaren Elektrode (5) und zum Schmelzen der verbrauchbaren Elektrode (5), um ein Basismetall (9) zu schmelzen, aufweisend:

eine Impulswellenformgruppe zum Ausgeben von zumindest entweder einem Schweißstrom oder einer Schweißspannung an die verbrauchbare Elektrode,

wobei die Impulswellenformgruppe eine erste Impulsperiode (TP1) mit einem Impulseinstellwert (VP) aufweist, um einen Tropfen (25) mit einer vorbestimmten Menge an einem Ende der aufbrauchbaren Elektrode (5) zu bilden, eine Basisperiode (TB1) mit einem Basiseinstellwert (VB) zum Verkürzen einer Lichtbogenlänge (26) zwischen dem Tropfen (25) und dem Basismetall (9), eine zweite Impulsperiode (TP2) mit einem Impulseinstellwert (VP) zum zusätzlichen Verkürzen der Lichtbogenlänge (26) und einen Zwischengruppenbasiszeitwert (TD) mit dem Basiseinstellwert (VB) zum Ablösen des Tropfens (25).