<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
führen kann.
Weiters ist aus der DE 37 31 180 C2 ein Verfahren zum Zünden eines Lichtbogens bekannt, bei dem die Versorgung des Lichtbogens bzw. die Zündung des Lichtbogens über eine geregelte Energiequelle erfolgt. Hierzu wird der Schweissdraht in Richtung des Werkstückes bewegt, sodass ein Kurzschluss zwischen dem Schweissdraht und dem Werkstück entsteht, wobei gleichzeitig der Schweissdraht von der Energiequelle mit einem geringen Strom versorgt wird, sodass bei der Bildung des Kurzschlusses der Lichtbogen durch Abschmelzen des Schweissdrahtes mit einer geringen Lichtbogenlänge gezündet wird. Diese Energie bzw. die Höhe des Stromes zum Zünden des Lichtbogens ist derartig ausgelegt, dass ein Aufschmelzen bzw. Abschmelzen des Schweissdrahtes erfolgt.
Anschliessend wird mit wachsender Lichtbogenlänge der Energiebedarf bzw. der Strom am Schweissdraht erhöht, sodass nach Erreichen einer einstellbaren Schwelle ein definierter Energieimpuls bzw. Stromimpuls ausgesendet wird, und somit ein Ablösen des Tropfens am Schweissdrahtende erzielt wird. Nachteilig ist hierbei, dass es bei einem derartigen Verfahren zur Bildung eines satten Kurzschlusses kommen kann, d. h., dass bei Erlöschen des Lichtbogens das aufgeschmolzene Material mit dem Werkstück zusammenklebt, sodass dieser satte Kurzschluss nurmehr mit einem extrem hohen Stromimpuls über eine gewisse Zeitdauer behoben werden kann, wodurch Schweissspritzer und Einbrände neben der Schweissstelle entstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zünden eines Lichtbogens zwischen einem Werkstück und einer abschmelzenden Elektrode, insbesondere einem Schweissdraht zu schaffen, bei der eine sichere und stabile Zündung des Lichtbogens erreicht wird.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Elektrode vor dem Zünden des Lichtbogens oder dem Berühren der abschmelzenden Elektrode mit dem Werkstück mit Energie von einer Konstant-Stromquelle und gleichzeitig von einer Konstant-Spannungsquelle versorgt wird und zur Zündung des Lichtbogens von der Konstant-Spannungsquelle mit kleinem Innenwiderstand eine hohe Gleichspannung von über 100 V abgegeben wird, die beim erstmaligen Berühren der Elektrode mit dem Werkstück einen steilen Stromanstieg auf einen voreinstellbaren Maximalwert bewirkt und dabei die Spannung der Konstant-Spannungsquelle auf einen kleineren Wert absinkt,
worauf nach Erreichen des Maximalwertes des Stromes der von der Konstant-Spannungsquelle mit einem Kondensator abgegebene Strom durch eine zeitlich begrenzte Energieabgabe der
EMI2.1
Leerlaufspannung am Schweissdraht ein sehr steiler Stromanstieg beim Berühren des Schweissdrahtes mit dem Werkstück geschaffen wird, wodurch ein satter Kurzschluss verhindert wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass nachdem der Lichtbogen gezündet wurde, die Versorgung bzw.
Stabilisierung des Lichtbogens über die primäre Energiequelle erfolgt, sodass erst nach Erreichen einer bestimmten, voreinstellbaren Lichtbogenlänge der tatsächliche Schweissprozess durchgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Massnahmen sind in den Ansprüchen 2 bis 13 beschrieben. Die damit erzielbaren Vorteile sind der detaillierten Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung umfasst weiters ein Verfahren zum Zünden eines Lichtbogens zwischen einem Werkstück und einer abschmelzenden Elektrode nach dem Lift-Arc Prinzip, bei dem die Elektrode mit Energie aus einer geregelten Stromquelle versorgt wird, worauf nach Berührung der Elektrode mit dem Werkstück der von der Stromquelle gelieferte Strom erhöht wird.
Dabei wird nach dem Berühren der abschmelzenden Elektrode bzw. eines Schweissdrahtes der Strom von der Konstantstromquelle auf einen ersten voreinstellbaren Wert angehoben und die Vorwärtsbewegung des Schweissdrahtes gestoppt und danach wird der Strom solange konstant gehalten bis eine voreinstellbare Zeitdauer ab dem Berühren der Elektrode bzw. des Schweissdrahtes mit dem Werkstück abgelaufen ist, worauf der Strom auf einen weiteren voreinstellbaren Wert angehoben und eine Rückwärtsbewegung des Schweissdrahtes durchgeführt wird und nach dem Abheben des Schweissdrahtes, wodurch der Lichtbogen zwischen dem Schweissdraht und dem Werkstück ab einem bestimmten Zeitpunkt zündet, der Strom für eine voreinstellbare Zeitdauer noch konstant gehalten wird.
Vorteilhaft ist hierbei, dass durch die stufenweise Anhebung des Stromes eine Vorwärmphase für den Schweissdraht geschaffen wird, sodass durch Aufhebung des Kurzschlusses, also nach dem Abheben des Schweissdrahtes vom Werkstück, eine sichere Zündung erreicht wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass nach dem Zünden des Lichtbogens der Strom auf einen voreinstellbaren
<Desc/Clms Page number 3>
Wert erhöht wird, wodurch ein kontrolliertes Abschmeizen des Schweissdrahtes erreicht wird und dass so erst bei Erreichen einer bestimmten Lichtbogenlänge, die über die Lichtbogenspannung erfasst wird, der tatsächliche Schweissprozess freigegeben wird, wodurch ein Abreissen bzw. Erlöschen des Lichtbogens bei zu frühem Start des tatsächlichen Schweissprozesses verhindert werden kann.
Weitere vorteilhafte Massnahmen sind in den Ansprüchen 15 bis 19 beschrieben. Die damit er- z ! eibaren Vorteile sind der detaillierten Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schweissgerätes mit den einzelnen Komponenten in vereinfachter, schematischer Darstellung ;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Schweissstromquelle mit parallel geschalteter Spannungsquelle in vereinfachter und schematischer Darstellung ;
EMI3.1
Fig. 4 einen Spannungsverlauf am Schweissdraht in vereinfachter, schematischer Darstellung für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ;
Fig. 5 einen Stromverlauf am Schweissdraht in vereinfachter, schematischer Darstellung für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ;
Fig. 6 ein Blockschaltbild für die Schweissstromquelle in vereinfachter, schematischer Dar- stellung ;
Fig. 7 einen Vorschubgeschwindigkeits- und Richtungsverlauf für das Drahtvorschubgerät nach Fig. 6, in vereinfachter, schematischer Darstellung ;
Fig. 8 einen Spannungsverlauf am Schweissdraht für das Ausführungsbeispiel nach Flg. 6, in vereinfachter, schematischer Darstellung ;
Fig. 9 einen Stromverlauf am Schweissdraht für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, In ver- einfachter, schematischer Darstellung ;
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Schweissstromquelle ge- mäss Fig. 2 zur Erzielung des erfindungsgemässen Verfahrensablaufes gemäss den
Fig. 3 bis 5.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Weiters können auch Einzelmerkmale aus den gezeigten unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
In Fig. 1 ist ein Schweissgerät 1, insbesondere eine Schweissstromquelle 2, für verschieden ste Schweissverfahren, wie z. B. zum MIG-/MAG-Schweissen bzw. TIG-Schweissen gezeigt. Das Schweissgerät 1, insbesondere die Schweissstromquelle 2, umfasst eine Konstant-Stromquelle 3 mit einem Leistungsteil 4, eine Steuervorrichtung 5 und ein dem Leistungsteil 4 bzw. der Steuervorrichtung 5 zugeordnetes Umschaltglied 6. Das Umschaltglied 6 bzw. die Steuervorrichtung 5 ist mit einem Steuerventil 7 verbunden, welches in einer Versorgungsleitung 8 für ein Gas 9, insbesondere ein Schutzgas, wie beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon und dergleichen, zwischen einem Gasspeicher 10 und einem Schweissbrenner 11 angeordnet ist.
Zudem wird über die Steuervorrichtung 5 auch noch ein Drahtvorschubgerät 12 angesteuert, wobei über eine Versorgungsleitung 13 ein Schweissdraht 14 von einer Vorratstrommel 15 in den Bereich des Schweissbrenners 11 zugeführt wird. Die Energie zum Aufbau eines Lichtbogens 16 zwischen dem Schweissdraht 14 und einem Werkstück 17 wird über eine Versorgungsleitung 18 vom Leistungsteil 4 der Konstant-Stromquelle 3 dem Schweissbrenner 11 bzw. dem Schweissdraht 14 zugeführt.
Zum Kühlen des Schweissbrenners 11 wird über einen Kühlkreislauf 19 der Schweissbrenner 11 unter Zwischenschaltung eines Strömungswächters 20 mit einem Wasserbehälter 21 verbunden, sodass bei der Inbetriebnahme des Schweissbrenners 11 der Kühlkreislauf 19 von der Steuervorrichtung 5 gestartet werden kann, wodurch eine Kühlung des Schweissbrenners 11 erreicht wird.
<Desc/Clms Page number 4>
Weiters weist das Schweissgerät 1 eine Ein-und/oder Ausgabevorrichtung 22, wie z. B. Bedienelemente, eine Tastatur und/oder ein Display auf, durch die die unterschiedlichsten Schweissparameter bzw. Betriebsarten des Schweissgerätes 1 eingestellt werden können. Dabei werden die über die Ein-und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellten bzw. ausgewählten Werte an die Steuervorrichtung 5 weitergeleitet, sodass anschliessend von der Steuervorrichtung 5 die einzelnen Komponenten entsprechend den vorgegebenen Werten bzw. den aus diesen Werten ermittelten Steuerfunktionen aktiviert werden können.
In den Fig. 2 bis 5 ist ein Verfahrensablauf zum Zünden des Lichtbogens 16 zwischen dem Werkstück 17 und einer abschmelzenden Elektrode, insbesondere dem Schweissdraht 14, gezeigt, wobei in Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Schweissstromquelle 2, insbesondere des Schweissgerätes 1, dargestellt ist. Bei diesem Blockschaltbild sind in der Konstant-Stromquelle 3 die Komponenten des Leistungsteil 4 und der Steuervorrichtung 5, wie sie in Fig. 1 beschrieben sind, integriert.
Bei dem dargestellten Blockschaltbild sind die weiteren in Fig. 1 beschriebenen Komponenten mit der Konstant-Stromquelle 3 leitungsverbunden, sodass eine Aktivierung, beispielsweise des Kühlkreislaufes 19, durch die Konstant-Stromquelle 3, insbesondere der Steuervorrichtung 5, möglich ist. In Fig. 2 sind nur die für das Zünden des Lichtbogens 16 notwendigen Komponenten dargestellt. Dazu ist die Konstant-Stromquelle 3 über Versorgungsleitungen 23,24 mit einem Spannungsversorgungsnetz 25 verbunden, sodass die einzelnen Komponenten des Schweissgerätes 1 mit Strom und Spannung versorgt werden können.
In den Fig. 3 bis 5 sind in Form von Diagrammen Verfahrensabläufe dargestellt, wobei in den Fig. 4 und 5 auf der Ordinate die Spannung U bzw. der Strom) sowie auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen sind.
Bei dem dargestellten Blockschaltbild in Fig. 2 ist die Konstant-Stromquelle 3 über die Versorgungsleitung 18 mit dem schematisch dargestellten Schweissbrenner 11 verbunden, wogegen das Werkstück 17 über eine weitere Versorgungsleitung 26 mit der Konstant-Stromquelle 3 verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Schweissbrenner 11 über die Versorgungsleitung 18 mit dem positven Potential versorgt, wogegen das negative Potential über die Versorgungsleitung 26 am Werkstück 17 angelegt ist. Gleichzeitig weist die Konstant-Stromquelle 3 Steuerleitungen 27,28 auf, die mit dem Drahtvorschubgerät 12 verbunden sind. Bei dem Drahtvorschubgerät 12 sind die Vorratstrommel 15 sowie eine Fördervorrichtung 29 zum Befördern des Schweissdrahtes 14 an den Schweissbrenner 11 dargestellt.
Die Fördervorrichtung 29 kann aus zwei Förderrollen 30,31 gebildet werden, wobei zumindest eine der beiden Förderrollen 30,31 über einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird.
Weiters ist in Fig. 2 eine zusätzliche Konstant-Spannungsquelle 32 parallel zur KonstantStromquelle 3 geschaltet, d. h., dass die Ausgänge der Konstant-Spannungsquelle 32 über Leitungen 33,34 mit den Versorgungsleitungen 18,26 bzw. den Ausgängen der Konstant-Stromquelle 3
EMI4.1
Spannungsquelle 32 von der Steuervorrichtung 5 angesteuert werden kann, ist eine Steuerleitung 35 zwischen der Steuervorrichtung 5, insbesondere der Konstant-Stromquelle 3 und der KonstantSpannungsquelle 32 dargestellt.
Die Konstant-Spannungsquelle 32 ist derartig ausgebildet, dass sie den Schweissbrenner 11 mit einer sehr hohen Leerlaufspannung, beispielsweise zwischen 200 V und 500 V, versorgt. Die Konstant-Stromquelle 3 versorgt den Schweissbrenner 11 mit dem Schweissstrom, der beispielswei- se zwischen 20 A und 500 A liegen kann.
Es kann nunmehr gesagt werden, dass die zusätzlich angeordnete und parallel geschaltete
EMI4.2
deaktiviert ist und der Schweissprozess von der Konstant-Stromquelle 3 mit Energie versorgt wird.
Bei den Diagrammen, wie sie in den Fig. 3 bis 5 dargestellt sind, ist ein Kurvenverlauf für die Drahtvorschubgeschwindigkeit des Drahtvorschubgerätes 12 - Fig. 3 - und ein Spannungsverlauf - Fig. 4 - sowie Stromverlauf - Fig. 5 - an der abschmelzenden Elektrode, insbesondere am Schweissdraht 14 dargestellt.
Möchte nunmehr ein Benutzer einen Schweissprozess durchführen, so muss zuerst der Licht-
<Desc/Clms Page number 5>
bogen 16 gezündet werden. Dazu aktiviert der Benutzer das Schweissgerät 1, sodass alle Komponenten des Schweissgerätes 1, wie sie in Fig. 1 beschrieben sind, mit Strom und Spannung versorgt werden. Nachdem der Benutzer über die Ein-und/oder Ausgabevorrichtung 22 alle Einstellungen für einen Schweissprozess vorgenommen hat, kann der Benutzer beispielsweise durch Aktivieren eines Tasters, der beispielsweise am Schweissbrenner 11 angeordnet ist, den Schweissprozess starten.
Nach dem Starten des Schweissprozesses wird von der Steuervorrichtung 5 die KonstantStromquelle 3, insbesondere das Leistungsteil 4 und die Konstant-Spannungsquelle 32, aktiviert, d. h., dass die Konstant-Stromquelle 3 und gleichzeitig die Konstant-Spannungsquelle 32 den Schweissbrenner 11 mit Energie versorgt. Am Schweissbrenner 11 wird die über die beiden Energiequellen, insbesondere über die Konstant-Spannungsquelle 32 und die Konstant-Stromquelle 3 zugeführte Energie an den Schweissdraht 14 übergeben. Das Starten des Schweissprozesses ist aus den Diagrammen der Fig. 3 bis 5 zum Zeitpunkt 36 dargestellt. Wie nun aus den beiden Kurvenverläufen der Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, wird der Schweissdraht 14 von der Konstant-Spannungsquelle 32 mit einer sehr hohen Gleichspannung versorgt.
Die Spannung der Konstant-Spannungsquelle 32 kann dabei zwischen 200 und 500 V, insbesondere 300 V, betragen.
Nachdem die Konstant-Stromquelle 3 und die Konstant-Spannungsquelle 32 aktiviert wurden, wird zu einem weiteren Zeitpunkt 37 von der Steuervorrichtung 5 das Drahtvorschubgerät 12 aktiviert, sodass der Schweissdraht 14 von der Vorratstrommel 15 über die Fördervorrichtung 29 in Richtung des Schweissbrenners 11 und somit zum Werkstück 17 bewegt wird. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Aktivieren des Drahtvorschubgerätes 12 gleichzeitig mit dem Aktivieren der Konstantstromquelle 3 und der Konstant-Spannungsquelle 32 erfolgen kann.
Zum Zeitpunkt 38 berührt nunmehr der Schweissdraht 14 das Werkstück 17, wodurch ein Kurzschluss zwischen dem positiven Potential und dem negativen Potential über den Schweissdraht 14 geschaffen wird. Aufgrund des Kurzschlusses sinkt die Spannung der Konstant-Spannungsquelle 32 auf einen Wert 39 ab, wobei gleichzeitig mit dem Kurzschluss und dem Absinken der Spannung ein sehr schneller Stromanstieg von der Konstant-Spannungsquelle 32 geschaffen wird. Dazu ist zu erwähnen, dass durch die hohe Leerlaufspannung der Konstant-Spannungsquelle 32 ein sehr steiler Stromanstieg geschaffen wird, d. h., dass beispielsweise der Stromanstieg zwischen 1500 A/ms und 20000 A/ms betragen kann.
Aufgrund des schnellen und starken Stromanstieges bildet sich im Bereich des Kurzschlusses zwischen dem Schweissdraht 14 und dem Werkstück 17 eine Lichtbogensäule bzw. der Lichtbogen 16 aus, wobei diese Lichtbogensäule, insbesondere der Lichtbogen 16 eine hohe Stromdichte und einen hohen Druck zwischen dem Schweissdrahtende und dem Werkstück 17 bewirkt.
Durch den steilen Stromanstieg im Moment der Berührung des Schweissdrahtes 14 mit dem Werkstück 17 kommt es zu einer hohen Energiedichte am Schweissdrahtende, wodurch sich eine kurze Plasmasäule mit hohem Druck unter dem angeschmolzenen Material des Schweissdrahtes 14 ausbildet. Durch das Aufschmelzen des Materials des Schweissdrahtes 14 bildet sich ein flussiger Metalltropfen am Ende des Schweissdrahtes 14, der aufgrund der Plasmasäule leicht vom Schweissdrahtende weggedrückt werden kann. Vorteilhaft ist hierbei, dass aufgrund der hohen Energiedichte, die durch den steilen Stromanstieg erreicht wird, das Schweissdrahtende sehr schnell angeschmolzen bzw. verflüssigt wird, wobei gleichzeitig das Werkstück 17 Im Bereich des sich ausbildenden Lichtbogens 16 erwärmt wird. Diese Erwärmung des Werkstückes 17 und das Anschmelzen bzw.
Verflüssigen des Materials des Schweissdrahtes 14 verhindert nunmehr einen vollflächigen Kontakt des Schweissdrahtendes mit dem Werkstück 17, sodass ein satter Kurzschluss, der nur durch einen sehr hohen Stromimpuls über eine gewisse Zeitdauer gelöst werden kann, verhindert wird und gleichzeitig eine sichere Zündung des Lichtbogens 16 gewährleistet ist.
Nach Ablauf einer gewissen Zeitdauer erreicht der Stromanstieg der Konstant-Spannungsquel- le 32 seinen Maximalwert 40. Dies ist in Fig. 5 zum Zeitpunkt 41 ersichtlich. Nachdem der Strom seinen Maximalwert 40 erreicht hat, beginnt dieser wiederum zu sinken, wobei das Absinken des Stromes vom Maximalwert 40 nach einer Exponential-Funktion erfolgt.
Gleichzeitig beim Berühren des Schweissdrahtes 14 mit dem Werkstück 17, also im Kurzschlussfall zum Zeitpunkt 38, beginnt auch der Strom in der Konstant-Stromquelle 3, insbesondere vom Leistungsteil 4, zu steigen, d. h., dass zum Zeitpunkt 38 sowohl ein Stromanstieg von der KonstantSpannungsquelle 32 und von der Konstant-Stromquelle 3 geschaffen wird. Da jedoch aufgrund der
<Desc/Clms Page number 6>
hohen Leerlaufspannung ein rascherer Stromanstieg von der Konstant-Spannungsquelle 32 erzielt wird, erfolgt die Zündung und Versorgung des Lichtbogens 16 mit Energie im ersten Moment von der Konstant-Spannungsquelle 32.
Aufgrund des Absinkens des Stromes von der Konstant-Spannungsquelle 32, nach Erreichen des Maximalwertes 40 und dem gleichzeitigen Ansteigen des Stromes von der Konstant-Stromquelle 3 wird zu einem Zeitpunkt 42 der Strom von der Konstantstromquelle 3 grösser als der der Konstant-Spannungsquelle 32. Dies ist deshalb möglich, da der Benutzer beim Aktivieren bzw. für den Schweissprozess einen sehr hohen Stromwert einstellt, sodass aufgrund des Kurzschlusses zum
EMI6.1
le 32 und dem Stromanstieg von der Konstant-Stromquelle 3 ab dem Zeitpunkt 41 eine Versorgung des Schweissdrahtes 14 über die Konstant-Stromquelle 3 geschaffen wird. Der Strom der KonstantStromquelle 3 steigt solange, bis dieser seinen voreingestellten Stromwert 43 erreicht, wie dies zum Zeitpunkt 44 der Fall ist.
Anschliessend wird nach Erreichen des Stromwertes 43 dieser von der Konstant-Stromquelle 3 konstant gehalten. Die Zeitdauer, insbesondere die Stromanstieggeschwindigkeit bis zum Erreichen des Stromwertes 43 ist abhängig von der Leerlaufspannung der Konstant-Stromquelle 3 sowie der Lichtbogenspannung und der Schweisskreisinduktivität.
Gleichzeitig mit dem Erreichen des eingestellten Stromwertes 43 wird von der Steuervorrichtung 5 die Lichtbogenspannung 45 erfasst. Die Steuervorrichtung 5 speichert den ermittelten Wert in einem Speicher ab. Daraufhin wird von der Steuervorrichtung 5 ein im Speicher hinterlegter SollWert zu der ermittelten Lichtbogenspannung 45 hinzuaddiert, wodurch ein Referenzwert 46 von der Steuervorrichtung 5 bestimmt wird. Durch das Versorgen des Schweissdrahtes 14 mit dem voreingestellten Stromwert 43 wird das Drahtende weiter angeschmolzen und es steigt die Spannung und die Lichtbogenlänge am Schweissdraht 14 weiter an.
Die Steuervorrichtung 5 vergleicht den ermittelten Referenzwert 46 mit der am Schweissdraht 14 anliegenden Lichtbogenspannung 45
Die Versorgung des Schweissdrahtes 14 mit dem voreingestellten Stromwert 43 wird von der Konstant-Stromquelle 3 solange aufrechterhalten, bis die Lichtbogenspannung 45 am Schweissdraht 14 über dem voreingestellten Referenzwert 46 liegt. Dabei ist es möglich, dass beim Oberschreiten der Lichtbogenspannung 45 über den Referenzwert 46 von der Steuervorrichtung 5 ein Zeitglied gestartet wird, sodass nach Ablauf einer voreinstellbaren Zeltdauer 47 ein neuer Steuervorgang durchgeführt wird.
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass zum Zeitpunkt 48 die Spannung am Schweissdraht 14, insbesondere die Lichtbogenspannung 45 über den ermittelten Referenzwert 46 steigt, d. h., dass zum Zeitpunkt 48 von der Steuervorrichtung 5 das Zeitglied aktiviert wird, sodass nach Ablauf der voreingestellten Zeitdauer 47, also zum Zeitpunkt 49, von der Steuervorrichtung 5 das Leistungsteil 4 derartig ausgesteuert wird, dass der Strom auf einen voreinstellbaren Minimalwert 50 abgesenkt wird, wie dies ab dem Zeitpunkt 49 ersichtlich ist. Gleichzeitig mit dem Absenken des Stromes auf den Minimalwert 50 beginnt auch die Spannung am Schweissgerät 14, aufgrund des kürzer werdenden Lichtbogens 16, zu sinken.
Von der Steuervorrichtung 5 wird nunmehr der Spannungswert, insbesondere die Lichtbogenspannung 45 überwacht, sodass durch einen laufenden Vergleich zwischen dem Ist-Wert und einem voreingestellten Minimalwert 51 die Steuervorrichtung 5 erkennen kann, dass die Spannung, insbesondere die Lichtbogenspannung 45 den Minimalwert 51 erreicht hat.
Nachdem die Spannung soweit abgesunken ist, dass sie mit dem Minimalwert 51 übereinstimmt bzw. unterhalb des Minimalwertes 51 liegt, ist der Zündprozess zum Zünden des Lichtbogens 16 mit einer Stabilisierungsphase abgeschlossen, d. h., dass nunmehr der tatsächliche Schweissprozess durchgeführt werden kann, wie dies ab einem Zeitpunkt 52 ersichtlich ist, d. h., dass beispietsweise bei einem Pulsschweissverfahren ab dem Zeitpunkt 52 von der Steuervorrichtung 5 der Pulsgenerator gestartet wird, wie dies durch Schweissimpulse 53, 54 in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Auf die exakte Abwicklung der nachfolgenden Schweissprozesse wird nicht näher eingegangen, da nach dem Zündverfahren, welches zum Zeitpunkt 52 abgeschlossen ist, jedes beliebige zum Stand der Technik zählende Schweissverfahren durchgeführt werden kann.
Der Vorteil bei einem derartigen Zündprozess liegt darin, dass aufgrund der hohen Leerlaufspannung, die über die zusätzliche Konstant-Spannungsquelle 32 an den Schweissdraht 14 angelegt wird, ein sehr rascher und steiler Stromanstieg am Schweissdraht 14 erreicht wird, sodass eine
<Desc/Clms Page number 7>
sichere Zündung des Lichtbogens 16 erreicht wird. Weiters wird durch den steilen Stromanstieg verhindert, dass zwischen dem Schweissdraht 14 und dem Werkstück 17 ein satter Kurzschluss entsteht, wodurch Schweissspritzer sowie eventuell entstehende Bindefehler vermieden werden können.
Die Problematik bei einem zum Stand der Technik zählenden Verfahren liegt darin, dass es öfter zu sogenannten satten Kurzschlüssen kommen kann, bei denen der normale Stromimpuls bzw. Stromwert 43 nicht mehr ausreicht, um den Lichtbogen 16 zu zünden bzw. zu erzeugen Dieser satte Kurzschluss kann nurmehr durch eine entsprechende Stromerhöhung bzw. andauernde Stromlieferung zum Schweissdraht 14 aufgelöst werden, wodurch der Schweissdraht 14 an einer undefinierten Stelle, die meist direkt am Kontaktrohr des Schweissbrenners 11 liegt, durchschmolzen wird. Infolge wird ein kurzes Stück des Schweissdrahtes 14 weggeschleudert, sodass der Lichtbogen 16 vom Kontaktrohr des Schweissbrenners 11 zum Werkstück 17 gezündet wird bzw. dass bei zu grossem Abstand kein Lichtbogen 16 gezündet werden kann.
Durch die Ausbildung eines satten Kurzschlusses entstehen grosse Mengen an Schweissspritzer bzw. an Einbränden, die durch die hohen Stromimpulse zur Auflösung des satten Kurzschlusses erzeugt werden.
Bei dem erfindungsgemässen Zündverfahren werden die satten Kurzschlüsse bei der Berührung des Schweissdrahtes 14 mit dem Werkstück 17 dadurch verhindert, dass der Stromanstieg zum Zündzeitpunkt des Lichtbogens 16, also zwischen den Zeitpunkten 38 und 41 sehr steil gemacht wird, wobei der Maximalwert 40 des Stromes begrenzt ist. Dazu wird der Konstant-Stromquelle 3, insbesondere des Leistungsteil 4, eine weitere Energiequelle, insbesondere die Konstant-Spannungsquelle 32, mit sehr hoher Leerlaufspannung und begrenztem Kurzschlussstrom parallel geschaltet.
Die parallel geschaltete Konstant-Spannungsquelle 32 weist dabei einen sehr kleinen Innenwiderstand auf. Dabei ist es möglich, dass die Konstant-Spannungsquelle 32 nur zeitlich begrenzte Energie liefert. Diese Eigenschaften für die Konstant-Spannungsquelle 32 können z. B. durch einen Kondensator mit einer bestimmten Kapazität, der auf eine bestimmte Spannung, insbesondere auf die Leerlaufspannung aufgeladen wird, erreicht werden. Damit eine vorgegebene Stromanstieggeschwindigkeit erreicht wird, muss bei gegebener Schweisskreisinduktivität L die dazu notwendige Höhe der Leerlaufspannung UL nach der allgemein bekannten Formel UL = L * di/dt errechnet werden.
Dabei ist es beispielsweise möglich, dass der Benutzer eine entsprechende Stromanstiegsgeschwindigkeit auswählt, worauf die Steuervorrichtung 5, die entsprechende Leerlaufspannung errechnet und die Konstant-Spannungsquelle 32 auf eine entsprechende Leerlaufspannung auflädt. Damit der Kurzschlussstrom von der Konstant-Spannungsquelle 32 begrenzt werden kann, ist es möglich, dass der Widerstand des Schweisskreises verändert wird. Dies kann insofern erfolgen, indem von der Steuervorrichtung 5 ein entsprechender Widerstand in die Versorgungsleitung 18 dazugeschaltet wird.
Selbstverständlich ist es möglich, dass zur Begrenzung des Kurzschlussstromes von der Kon- stant-Spannungsquelle 32, wenn diese z. B. durch einen Kondensator gebildet wird, die Kapazität verändert werden kann. Dies kann z. B. automatisch über die Steuervorrichtung 5 erfolgen.
Weiters kann anstelle der in Fig. 3 gezeigten, bevorzugt konstanten Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Schweissparameter bzw. in Abhängigkeit der gewünschten Schweissnaht während des Schweiss- oder auch Zündprozesses verändert werden.
Das zuvor beschriebene Verfahren wird hauptsächlich aufgrund der sicherheitstechnischen Probleme der hohen Leerlaufspannung bei automatisierten Schweissungen, wie sie bei Schweissrobotern durchgeführt wird, eingesetzt, da bei den automatisierten Schweissungen entsprechende Vorkehrungen durchgeführt werden können.
Nachfolgend wird in den Fig. 6 bis 9 ein Schweissverfahren für einen Handschweissbrenner, insbesondere für den Schweissbrenner 11 beschrieben.
Dabei ist aus Fig. 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Schweissstromquelle 2, insbesondere des Schweissgerätes 1 dargestellt. Bei diesem Blockschaltbild sind in der Konstant-Stromquelle 3 die einzelnen Komponenten des Leistungsteil 4 sowie die Steuervorrichtung 5 integriert, wie dies bereits in Fig. 2 beschrieben ist. Gleichzeitig ist die Konstant-Stromquelle 3 wiederum über die Versorgungsleitungen 18,26 mit dem Schweissbrenner 11 bzw. dem Werkstück 17 verbunden. Damit eine Steuerung des Drahtvorschubgerätes 12 erfolgen kann, ist die Steuervorrichtung 5 über
<Desc/Clms Page number 8>
die Steuerleitungen 27,28 mit dem Drahtvorschubgerät 12 verbunden. Das Drahtvorschubgerät 12 wird wiederum durch die Vorratstrommel 15 und der Fördervorrichtung 29, die durch Förderrollen 30,31 gebildet ist, aufgebaut.
Damit nunmehr eine Zündung des Lichtbogens 16 zwischen dem Schweissdraht 14 und dem Werkstück 17 erfolgen kann, muss der nachstehend beschriebene Verfahrensablauf von der Steuervorrichtung 5 durchgeführt werden, d. h., dass entsprechend den dargestellten Kurvenverläufen der Fig. 7 bis 9 eine Steuerung der einzelnen Komponenten des Schweissgerätes 1 von der Steuervorrichtung 5 durchgeführt wird. Die Konstant-Stromquelle 3, insbesondere das Leistungsteil 4 wird bei diesem Verfahren durch eine geregelte Energiequelle gebildet.
In Fig. 7 ist ein Verlauf für die Drahtvorschubgeschwindigkeit des Schweissdrahtes 14 gezeigt, wobei auf der Ordinate die Vorschubgeschwindigkeit Vd und auf der Abzisse die Zeit t aufgetragen ist. In Fig. 8 ist der Spannungsverlauf und in Fig. 9 der Stromverlauf am Schweissdraht 14 dargestellt, wobei in Fig. 8 auf der Ordinate die Spannung U und in Fig. 9 der Strom) sowie auf der Abszisse jeweils die Zeit t aufgetragen ist.
Möchte nunmehr ein Benutzer einen Schweissprozess über den Schweissbrenner 11 starten, so kann, z. B. der Benutzer einen Taster, der am Schweissbrenner 11 angeordnet ist, betätigen, wodurch der Steuervorrichtung 5 mitgeteilt wird, dass ein Schweissprozess durchgeführt werden soll.
Das Starten des Zündverfahrens wird nach Betätigung des Tasters von der Steuervorrichtung 4 bzw. der Konstant-Stromquelle 3 selbständig durchgeführt. Nachdem der Benutzer den Taster aktiviert hat, wie dies zum Zeitpunkt 55 ersichtlich ist, wird von der Steuervorrichtung 5 das Leistungsteil 4, insbesondere die Konstant-Stromquelle 3 aktiviert, d. h., dass der Schweissdraht 14 mit Energie beaufschlagt wird. Da jedoch noch kein Stromkreis zwischen dem positiven und dem negativen Potential der Konstant-Stromquelle 3 besteht, fliesst kein Strom über den Schweissdraht 14, wobei jedoch die Leerlaufspannung - die vom Benutzer frei einstellbar ist-am Schweissdraht 14 anliegt.
Anschliessend, also zum Zeitpunkt 56, wird von der Steuervorrichtung 5 das Drahtvorschubgerät 12 aktiviert, wodurch eine Vorwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 in Richtung des Werkstückes 17 durchgeführt wird. Dazu ist es z. B. möglich, dass bei Verwendung eines Handschweissbrenners der Benutzer einen bestimmten Abstand zwischen dem Werkstück 17 und dem Schweissbrenner 11 bildet. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Starten des Drahtvorschubgerätes 12 mit dem Aktivieren des Leistungsteiles 4 bzw. der Konstant-Stromquelle 3 zusammenfallen kann.
Durch das Beaufschlagen des Drahtvorschubgerätes 12 mit einer z. B. positiven Spannung wird nunmehr der Drahtvorschub für den Schweissdraht 14 in Richtung des Werkstückes 17 aktiviert. Zu einem Zeitpunkt 57 berührt der Schweissdraht 14 das Werkstück 17, wodurch ein Kurzschluss zwischen dem Schweissdraht 14 und dem Werkstück 17 gebildet wird. Aufgrund des Kurzschlusses wird nunmehr ein Stromfluss zwischen dem positiven Potential und dem negativen Potential der Konstant-Stromquelle 3 aufgebaut, wobei die Spannung am Schweissdraht 14 zusammenbricht und gleichzeitig der Strom über den Schweissdraht 14 zu steigen beginnt.
Hierzu wird der Strom von der Konstant-Stromquelle 3 bzw. vom Leistungsteil 4 auf einen voreinstellbaren Wert 58 angehoben, d. h., dass nicht, wie bei den zuvor beschriebenen Verfahren ein sehr hoher Strom an den Schweissdraht 14 angelegt wird, sondern dass der Wert 58 unterhalb des Schmelzpunktes des Schweissdrahtes 14 liegt, wodurch ein Festkleben des Schweissdrahtes 14 am Werkstück 17, was bedeuten würde, dass ein satter Kurzschluss entsteht, verhindert wird.
Gleichzeitig mit dem Entstehen des Kurzschlusses zwischen dem Schweissdraht 14 und dem Werkstück 17 wird von der Steuervorrichtung 5 ein Zeitglied aktiviert, sodass eine voreinstellbare Zeitdauer 59 zu laufen beginnt. Weiters wird das Spannungssignal zum Drahtvorschubgerät 12 unterbrochen, sodass die Vorwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 gestoppt wird.
Nach Ablauf der Zeitdauer 59, wie dies zum Zeitpunkt 60 der Fall ist, wird von der Steuervorrichtung 5 das Drahtvorschubgerät 12 derart angesteuert, dass nunmehr kein positives Spannungssignal an das Drahtvorschubgerät 12 übersandt wird, sondern ein z. B. negatives Spannungssignal, sodass eine Umkehrung, also eine Rückwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 vom Drahtvorschubgerät 12 durchgeführt wird. Gleichzeitig wird von der Steuervorrichtung 5 das Leistungsteil 4, insbesondere die Konstant-Stromquelle 3 derart angesteuert, dass eine Stromwerterhöhung auf einen Wert 61 durchgeführt wird.
Aufgrund der abermaligen Erhöhung des Stromes auf den Wert 61 wird der Schweissdraht 14 weiter erwärmt, wobei jedoch keine Abschmelzung des Schweissdrahtes 14 erfolgt, d. h., dass der Schweissdraht 14 aufgrund des Stromflusses nur weiter erwärmt wird,
<Desc/Clms Page number 9>
sodass eine leichte Zündung des Lichtbogens 16 durchgeführt werden kann.
Hebt durch die Rückwärtsbewegung der Schweissdraht 14 vom Werkstück 17 ab, so wird der Kurzschluss zwischen dem Schweissdraht 14 und dem Werkstück 17 beendet, wie dies beim Zeit- punkt 62 der Fall ist. Gleichzeitig bildet sich der Lichtbogen 16 zwischen dem Werkstück 17 und dem Schweissdraht 14 aus.
Durch das Ausbilden des Lichtbogens 16 entsteht am Schweissdraht 14 eine Lichtbogenspannung 63, wobei von der Steuervorrichtung 5 der Spannungsverlauf der Lichtbogenspannung 63 uberwacht wird, sodass bel Feststellung einer Uchtbogenspannung 63 von der Steuervorrichtung 5 ein Zeitglied mit voreinstellbarer Zeitdauer 64 aktiviert wird, d. h., dass durch die Ausbildung der Lichtbogenspannung 63 die Steuervorrichtung 5 erkennen kann, dass der Lichtbogen 16 gezündet wurde, sodass über diese Zeitdauer 64 der Lichtbogen 16 mit einem konstanten Strom versorgt wird und somit ein Abreissen des Lichtbogens 16 verhindert werden kann.
Gleichzeitig mit dem Abheben des Schweissdrahtes 14 vom Werkstück 17 bzw. mit der Zündung des Lichtbogens 16 wird die Rückwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 gestoppt bzw. kann diese auf eine geringere Geschwindigkeit reduziert werden und anschliessend in eine Vorwärtsbewegung umgewandelt werden.
Nach Ablauf der voreinstellbaren Zeitdauer 64 wird der Wert 61 des Stromes auf einen weiteren höheren Wert 65 angehoben, wie dies ab dem Zeitpunkt 66 ersichtlich ist, wobei anschliessend die Stromversorgung des Schweissdrahtes 14 mit diesem Wert 65 konstant gehalten, das Drahtende angeschmolzen wird und ein Anstieg der Lichtbogenspannung 63 erfolgt. Gleichzeitig wird von der Steuervorrichtung 5 die Lichtbogenspannung 63 erfasst, sodass beim Erreichen eines voreingestellten Soll-Wertes 67 bzw. bei Überschreiten dieses Soll-Wertes 67 über eine voreinstellbare Zeitdauer der Strom abgesenkt werden kann. Dies ist insofern notwendig, da aufgrund der Steigerung des Stromes das Material am Schweissdraht 14 ab schmilzt, sodass eine entsprechende Lichtbogenlänge zwischen dem Werkstück 17 und dem Schweissdraht 14 ausgebildet wird.
Steigt nunmehr die Lichtbogenspannung 63 über den Soll-Wert 67, wie dies zum Zeitpunkt 68 der Fall ist, so wird von der Steuervorrichtung 5 das Drahtvorschubgerät 12 mit einem positiven Potential beaufschlagt, sodass die Vorwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 eingeleitet wird Dazu wird nunmehr das Drahtvorschubgerät 12 derartig angesteuert, dass die tatsächliche Schweissdrahtgeschwindigkeit, die für den Schweissprozess notwendig ist, eingestellt wird. Gleichzeitig mit dem Aktivieren des Drahtvorschubgerätes 12 für die Vorwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 wird der Strom vom Wert 65 auf einen vorgegebenen Wert 69 abgesenkt. Der Wert 69 entspricht dabei dem Minimalwert zum Versorgen des Lichtbogens 16, sodass ein Abreissen des Lichtbogens 16 verhindert wird.
Gleichzeitig wird von der Steuervorrichtung 5 die Lichtbogenspannung 63 am Schweissbrenner 11 überwacht, wodurch beim Erreichen eines Minimalwertes 70 der Lichtbogenspannung 63 die Steuervorrichtung 5 erkennen kann, dass der Zündprozess zum Zünden des Lichtbogens 16 abgeschlossen ist, wie dies zum Zeitpunkt 71 der Fall ist.
Nachdem die Lichtbogenspannung 63 auf den Minimalwert 70 abgesunken ist, wird von der Steuervorrichtung 5 der eigentliche Schweissprozess durchgeführt, d. h., dass beispielsweise beim Einstellen eines Pulsschweissprozesses ab dem Zeitpunkt 71 der tatsächliche Schweissprozess beginnt und die Konstant-Stromquelle 3 bzw. die Steuervorrichtung 5 einen Pulsgenerator startet, sodass einzelne Schweissimpulse 72 ausgesendet werden können. Selbstverständlich ist es möglich, dass nach dem Zünden des Lichtbogens 16, also beim Beenden des Zündverfahrens zum Zeitpunkt 71, jedes beliebige andere Schweissverfahren durchgeführt werden kann.
Der Vorteil eines derartigen Zündverfahrens liegt darin, dass aufgrund der stufenweisen Anhebung des Stromes an dem Schweissbrenner 11, insbesondere am Schweissdraht 14, eine kontinuierliche Erwärmung des Schweissdrahtes 14 erfolgt, sodass Schweissspritzer sowie satte Kurzschlüsse an der Schweissstelle verhindert werden.
Weiters ist es möglich, wie strichliert in Fig. 7 dargestellt, dass zum Zeitpunkt 60, wo die Steuervorrichtung 5 die Rückwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 einleitet, vor der Rückwärtsbewegung und der Stromanhebung auf den Wert 61 der Schweissdraht 14 noch über eine voreinstellbare Zeitdauer 73 am Werkstück 17 positioniert bleibt, d. h, dass der Kurzschluss über diese Zeitdauer 73 aufrechterhalten wird. Dies ist deshalb vorteilhaft, da dadurch eine bessere Erwärmung des Schweissdrahtes 14 erreicht wird, wodurch eine noch sicherere Zündung des Lichtbogens 16 geschaffen werden kann.
Selbstverständlich ist es möglich, dass für die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Schweiss-
<Desc/Clms Page number 10>
drahtes 14 der Schweissbrenner 11 selbst entsprechend bewegt werden kann, wobei der Start des Drahtvorschubgerätes 12 erst nach Zündung des Lichtbogens 16 erfolgt, d. h., dass eine ständige Überwachung der Steuervorrichtung 5 über die Lichtbogenspannung 63 durchgeführt wird, sodass durch die Bewegung des Schweissbrenners 11 nur eine Vorwärtsbewegung des Drahtvorschubgerätes 12 durchgeführt werden muss. Damit eine Zündung von Hand über den Schweissbrenner 11 durchgeführt werden kann, muss der Benutzer zur Zündung des Lichtbogens 16 den Schweissbrenner 11 in Richtung des Werkstückes 17 bewegen, sodass der Schweissdraht 14 mit dem Werkstück einen Kurzschluss bildet.
Anschliessend hebt der Benutzer den Schweissbrenner 11 vom Werkstück 17 ab, wodurch die Zündung des Lichtbogens 16 erfolgt. Durch die Überwachung der Lichtbogenspannung 63 von der Steuervorrichtung 5 kann diese nun erkennen, dass der Lichtbogen 16 gezündet wurde, sodass das Drahtvorschubgerät 12 aktiviert wird und eine Vorwärtsbewegung des Schweissdrahtes 14 erfolgt.
Selbstverständlich ist es möglich, dass dieses Verfahren durch einen Roboter automatisiert werden kann, d. h., dass durch Schwenken des Roboterarmes eine entsprechende Bewegung des Schweissbrenners 14 durchgeführt wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch die Bewegung des Schweissbrenners 11 das Drahtvorschubgerät 12 nur für die Vorwärtsbewegung ausgelegt werden muss, sodass Kosten bei der Herstellung für das Drahtvorschubgerät 12 eingespart werden können.
Das zuvor beschriebene Verfahren kann selbstverständlich für Schweissroboter als auch für manuelle Handschweissbrenner eingesetzt werden.
Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Schweissstromquelle 2 mit der KonstantStromquelle 3 und der Konstant-Spannungsquelle 32, wobei hierbei die Konstant-Spannungsquelle 32 vom Ausgang der Konstant-Stromquelle 3 gespeist wird. Es wird also die Konstant-Stromquelle 3 gleichzeitig dazu verwendet, um die Konstant-Spannungsquelle 32, insbesondere gebildet durch einen Kondensator 74 aufzuladen. Eine Serienschaltung des Kondensators 74 mit einer Diode 75 ist dabei derart mit dem Ausgang der Konstant-Stromquelle 3 bzw. mit den Versorgungsleitungen 18,26 verbunden, dass die Kathode der Diode 75 mit dem positiven Potential, demgemäss mit der Versorgungsleitung 18 verbunden ist und der verbleibende Anschluss des Kondensators 74 mit dem negativen Potential, beispielsgemäss mit der Versorgungsleitung 26 verbunden ist.
Der Diode 75 ist ein Schalter 76 parallel geschaltet, dessen Steuereingang über die Steuerleitung 35 mit der Konstantstromquelle 3 oder auch mit der Steuervorrichtung 5 verbunden ist, um in den leitenden und sperrenden Zustand versetzt werden zu können.
Mittels dem Ausgang der Konstant-Stromquelle 3 wird also die Konstant-Spannungsquelle 32, insbesondere der Kondensator 74 aufgeladen. Die Diode 75 dient der Entkopplung des Schweissstromkreises während der Schweissung.
Die Konstant-Stromquelle 3 ist aufgrund ihrer Auslegung bzw. ihres Leistungsteilkonzeptes in der Lage, nach dem Startbefehl eine entsprechend hohe Leerlaufspannung zu liefern, sodass über den von der Konstant-Stromquelle 3 oder auch von der Steuervorrichtung 5 gesteuerten, in der Startphase leitenden Schalter 76 der Kondensator 74 auf eine entsprechend hohe Spannung, von beispielsweise 200 V aufgeladen wird. Nachdem der bevorzugt voreinstellbare Spannungswert am Kondensator 74 erreicht ist, wird der Schalter 76 geöffnet bzw. in den Sperrzustand versetzt und die Leerlaufspannung der Konstant-Stromquelle 3 auf einen den Sicherheitsvorschriften entsprechenden Wert abgesenkt und nachfolgend das Drahtvorschubgerät 12 aktiviert.
Tritt innerhalb einer bestimmten, relativ kurzen Zeitspanne, beispielsweise von 300 ms nach dem Start der Kon- stant-Stromquelle 3 keine Berührung des dem Werkstück 17 zugeordneten Endes des Schweissdraht 14 mit dem Werkstück 17 auf, so wird der Schalter 76 abermals geschlossen und die Spannung des Kondensators 74 auf einen den Sicherheitsvorschriften entsprechenden Wert abgesenkt.
Berührt innerhalb von beispielsweise 300 ms das Schweissdrahtende das Werkstück 17, so wird durch die Konstant-Spannungsquelle 32 bzw. den Kondensator 74 ebenso ein steiler Stromanstieg auf den Maximalwert 40 - Fig. 5 - erzielt, worauf nach Erreichen dieses Maximalwertes 40
EMI10.1
aufrecht erhalten wird.
Es kann also festgehalten werden, dass die Konstant-Spannungsquelle 32, wenn diese parallel mit der Konstant-Stromquelle 3 geschaltet ist, keine eigene Ladeschaltung besitzen muss, und in der Startphase der Konstant-Stromquelle 3 vom Ausgang der Konstant-Stromquelle 3 selbst auf
<Desc/Clms Page number 11>
einen entsprechenden hohen Spannungswert aufgeladen wird.
Unabhängig von der zuvor beschriebenen Parallelschaltung der Konstant-Stromquelle 3 und der Konstant-Spannungsquelle 32 ist es selbstverständlich auch möglich, die Konstant-Spannungsquelle 32 mit der Konstant-Stromquelle 3 in Serie zu schalten. Hierzu ist die Konstant-Spannungsquelle 32 in eine der Versorgungsleitungen 18 oder 26 am Ausgang der Konstant-Stromquelle 3 zu schalten. Die Konstant-Spannungsquelle 32 besitzt dabei eine eigene Ladeschaltung und wird insbesondere während der Startphase der Konstant-Stromquelle 3 über die Stellerleitung 35 In den Zustand für Energieaufnahme bzw. Ladungserhalt versetzt.
Diese Versorgung der KonstantSpannungsquelle 32 mit der im Vergleich während des eingeleiteten Schweissprozesses relativ hohen Spannung von über 100 V erfolgt noch bevor der Schweissstromkreis geschlossen wird, also noch bevor die Elektrode, beispielsweise der Schweissdraht 14 das Werkstück 17 kontaktiert.
Nachdem aus der Konstant-Spannungsquelle 32 der verhältnismässig hohe Spannungswert von über 100 V verfügbar ist, kann der Schweissstromkreis, zum Beispiel durch Aktivieren des Drahtvorschubgerätes 12 geschlossen werden, wodurch beim erstmaligen Berühren der Elektrode mit dem Werkstück 17 sowohl die elektrische Energie der Konstant-Stromquelle 3 als auch die elektrische
EMI11.1
Es kann also festgehalten werden, dass die Konstant-Spannungsquelle 32, wenn diese in Serie mit der Konstant-Stromquelle 3 geschaltet ist, eine eigene Ladeschaltung umfasst und in der Startphase der Konstant-Stromquelle 3 über die Steuerleitung 35 die Ladeschaltung aktiviert wird und der Kondensator 74 aufgeladen wird.
Selbstverständlich sind die zuvor beschriebenen, erfindungsgemässen Verfahren bei sämtlichen aus dem Stand der Technik bekannten abschmelzenden Elektroden, also zum Beispiel sowohl bei Drahtelektroden als auch bei Stabelektroden, welche bevorzugt mit einer Umhüllung versehen sind und auch ohne Schutzgasatmosphäre verarbeitet werden, anwendbar.
Abschliessend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in den Zeichnungen einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unproportional und massstäblich verzerrt dargestellt sind
Es können auch einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele mit anderen Einzelmerkmalen von anderen Ausführungsbeispielen oder jeweils für sich alleine den Gegenstand von eigenständigen Erfindungen bilden. Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 ; 2 bis 5 ; 6 bis 9 ; 10 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den detaillierten Beschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
can lead.
Furthermore, from DE 37 31 180 C2 a method for igniting an arc is known, in which the supply of the arc or the ignition of the arc takes place via a regulated energy source. For this purpose, the welding wire is moved in the direction of the workpiece, so that there is a short circuit between the welding wire and the workpiece, at the same time the welding wire is supplied with a low current by the energy source, so that when the short circuit is formed, the arc is melted by melting the welding wire with a low rate Arc length is ignited. This energy or the amount of current for igniting the arc is designed such that the welding wire melts or melts.
Then, with increasing arc length, the energy requirement or the current on the welding wire is increased, so that after reaching an adjustable threshold, a defined energy pulse or current pulse is emitted, and thus the drop at the end of the welding wire is detached. The disadvantage here is that such a method can lead to the formation of a saturated short circuit, i. This means that when the arc is extinguished, the melted material sticks to the workpiece, so that this saturated short circuit can only be remedied with an extremely high current pulse over a certain period of time, which creates welding spatter and burns in next to the welding point.
The present invention has for its object to provide a method for igniting an arc between a workpiece and a melting electrode, in particular a welding wire, in which a safe and stable ignition of the arc is achieved.
This object of the invention is achieved in that the electrode is supplied with energy from a constant current source and at the same time from a constant voltage source before the arc is ignited or the melting electrode is touched with the workpiece, and to ignite the arc from the constant current source. Voltage source with a small internal resistance a high DC voltage of over 100 V is emitted, which causes a steep current rise to a presettable maximum value when the electrode touches the workpiece for the first time and the voltage of the constant voltage source drops to a smaller value,
whereupon after reaching the maximum value of the current the current emitted by the constant voltage source with a capacitor by a time-limited energy dissipation of the
EMI2.1
No-load voltage on the welding wire creates a very steep current rise when the welding wire touches the workpiece, thereby preventing a saturated short circuit. Another advantage is that after the arc has been ignited, the supply or
The arc is stabilized via the primary energy source, so that the actual welding process is only carried out after a certain, pre-adjustable arc length has been reached.
Further advantageous measures are described in claims 2 to 13. The advantages achievable in this way can be found in the detailed description of the figures.
The invention further comprises a method for igniting an arc between a workpiece and a melting electrode according to the lift-arc principle, in which the electrode is supplied with energy from a regulated current source, whereupon after contact of the electrode with the workpiece, the one supplied by the current source Current is increased.
After touching the melting electrode or a welding wire, the current from the constant current source is raised to a first presettable value and the forward movement of the welding wire is stopped and then the current is kept constant until a presettable period of time from touching the electrode or the welding wire has expired with the workpiece, whereupon the current is increased to a further presettable value and the welding wire is moved backwards and after the welding wire has been lifted off, as a result of which the arc between the welding wire and the workpiece ignites from a certain point in time, the current for a presettable period of time is still kept constant.
It is advantageous here that the preheating phase for the welding wire is created by the gradual increase in the current, so that a reliable ignition is achieved by removing the short circuit, that is to say after the welding wire has been lifted off the workpiece. Another advantage is that after the arc has been ignited, the current can be set to a preset value
<Desc / Clms Page number 3>
Value is increased, as a result of which the welding wire is melted in a controlled manner, and so that the actual welding process is only released when a specific arc length, which is detected via the arc voltage, is reached, as a result of which the arc is torn off or extinguished if the actual welding process starts too early can be prevented.
Further advantageous measures are described in claims 15 to 19. The ore! There are tangible advantages in the detailed description of the figures.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings.
Show it :
Figure 1 is a schematic representation of a welding device with the individual components in a simplified, schematic representation.
2 shows a block diagram of the welding current source with a voltage source connected in parallel in a simplified and schematic representation;
EMI3.1
4 shows a voltage curve on the welding wire in a simplified, schematic representation for the exemplary embodiment according to FIG. 2;
5 shows a current profile on the welding wire in a simplified, schematic representation for the exemplary embodiment according to FIG. 2;
6 shows a block diagram for the welding current source in a simplified, schematic representation;
FIG. 7 shows a feed speed and direction course for the wire feed device according to FIG. 6, in a simplified, schematic representation;
Fig. 8 shows a voltage curve on the welding wire for the embodiment according to Flg. 6, in a simplified, schematic representation;
9 shows a current profile on the welding wire for the exemplary embodiment according to FIG. 6, in a simplified, schematic illustration;
10 shows a block diagram of a further exemplary embodiment of the welding current source according to FIG. 2 for achieving the method sequence according to the invention according to FIGS
3 to 5.
As an introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts or states are provided with the same reference symbols or the same component names, and the disclosures contained in the entire description can be applied analogously to the same parts or states with the same reference symbols or the same component names , Furthermore, individual features from the different exemplary embodiments shown can also represent independent solutions according to the invention.
In Fig. 1 is a welding device 1, in particular a welding current source 2, for various ste welding processes, such as. B. for MIG / MAG welding or TIG welding shown. The welding device 1, in particular the welding current source 2, comprises a constant current source 3 with a power unit 4, a control device 5 and a switching element 6 assigned to the power unit 4 or the control device 5. The switching element 6 or the control device 5 is equipped with a control valve 7 connected, which is arranged in a supply line 8 for a gas 9, in particular a protective gas, such as nitrogen, helium or argon and the like, between a gas storage device 10 and a welding torch 11.
In addition, a wire feeder 12 is also controlled via the control device 5, a welding wire 14 being fed from a supply drum 15 into the area of the welding torch 11 via a supply line 13. The energy for building up an arc 16 between the welding wire 14 and a workpiece 17 is supplied via a supply line 18 from the power section 4 of the constant current source 3 to the welding torch 11 or the welding wire 14.
To cool the welding torch 11, the welding torch 11 is connected to a water tank 21 via a cooling circuit 19, with the interposition of a flow monitor 20, so that when the welding torch 11 is started up, the cooling circuit 19 can be started by the control device 5, thereby cooling the welding torch 11 ,
<Desc / Clms Page number 4>
Furthermore, the welding device 1 has an input and / or output device 22, such as. B. controls, a keyboard and / or a display, through which the most varied welding parameters or operating modes of the welding device 1 can be set. The values set or selected via the input and / or output device 22 are forwarded to the control device 5, so that the individual components can then be activated by the control device 5 in accordance with the specified values or the control functions determined from these values.
2 to 5 show a process sequence for igniting the arc 16 between the workpiece 17 and a melting electrode, in particular the welding wire 14, wherein in FIG. 2 a simplified block diagram of the welding current source 2, in particular the welding device 1, is shown , In this block diagram, the components of the power section 4 and the control device 5, as described in FIG. 1, are integrated in the constant current source 3.
In the block diagram shown, the further components described in FIG. 1 are line-connected to the constant current source 3, so that activation, for example the cooling circuit 19, by the constant current source 3, in particular the control device 5, is possible. 2 only the components necessary for igniting the arc 16 are shown. For this purpose, the constant current source 3 is connected to a voltage supply network 25 via supply lines 23, 24, so that the individual components of the welding device 1 can be supplied with current and voltage.
3 to 5 process sequences are shown in the form of diagrams, the voltage U or the current) being plotted on the ordinate in FIGS. 4 and 5 and the time t being plotted on the abscissa.
In the block diagram shown in FIG. 2, the constant current source 3 is connected to the schematically illustrated welding torch 11 via the supply line 18, whereas the workpiece 17 is connected to the constant current source 3 via a further supply line 26. In the exemplary embodiment shown, the welding torch 11 is supplied with the positive potential via the supply line 18, whereas the negative potential is applied to the workpiece 17 via the supply line 26. At the same time, the constant current source 3 has control lines 27, 28 which are connected to the wire feed device 12. In the wire feed device 12, the storage drum 15 and a conveying device 29 for conveying the welding wire 14 to the welding torch 11 are shown.
The conveyor device 29 can be formed from two conveyor rollers 30, 31, at least one of the two conveyor rollers 30, 31 being driven by a motor, not shown.
2, an additional constant voltage source 32 is connected in parallel to the constant current source 3, i. that is, the outputs of the constant voltage source 32 via lines 33, 34 to the supply lines 18, 26 and the outputs of the constant current source 3
EMI4.1
Voltage source 32 can be controlled by the control device 5, a control line 35 is shown between the control device 5, in particular the constant current source 3 and the constant voltage source 32.
The constant voltage source 32 is designed such that it supplies the welding torch 11 with a very high open circuit voltage, for example between 200 V and 500 V. The constant current source 3 supplies the welding torch 11 with the welding current, which can be between 20 A and 500 A, for example.
It can now be said that the additionally arranged and connected in parallel
EMI4.2
is deactivated and the welding process is supplied with energy by the constant current source 3.
3 to 5, there is a curve for the wire feed speed of the wire feed device 12 - FIG. 3 - and a voltage curve - FIG. 4 - and current curve - FIG. 5 - on the melting electrode, shown in particular on the welding wire 14.
If a user now wants to carry out a welding process, the light
<Desc / Clms Page number 5>
arc 16 can be ignited. For this purpose, the user activates the welding device 1, so that all components of the welding device 1, as described in FIG. 1, are supplied with current and voltage. After the user has made all settings for a welding process via the input and / or output device 22, the user can start the welding process, for example, by activating a button, which is arranged on the welding torch 11, for example.
After the welding process has been started, the control device 5 activates the constant current source 3, in particular the power unit 4 and the constant voltage source 32. that is, the constant current source 3 and at the same time the constant voltage source 32 supplies the welding torch 11 with energy. At the welding torch 11, the energy supplied via the two energy sources, in particular via the constant voltage source 32 and the constant current source 3, is transferred to the welding wire 14. The start of the welding process is shown in the diagrams in FIGS. 3 to 5 at time 36. As can now be seen from the two curves of FIGS. 4 and 5, the welding wire 14 is supplied with a very high DC voltage by the constant voltage source 32.
The voltage of the constant voltage source 32 can be between 200 and 500 V, in particular 300 V.
After the constant current source 3 and the constant voltage source 32 have been activated, the wire feed device 12 is activated at a further point in time 37 by the control device 5, so that the welding wire 14 from the supply drum 15 via the conveyor device 29 in the direction of the welding torch 11 and thus to Workpiece 17 is moved. Of course, it is possible for the wire feed device 12 to be activated simultaneously with the activation of the constant current source 3 and the constant voltage source 32.
At the point in time 38, the welding wire 14 now touches the workpiece 17, as a result of which a short circuit between the positive potential and the negative potential is created via the welding wire 14. Due to the short circuit, the voltage of the constant voltage source 32 drops to a value 39, a very rapid current rise from the constant voltage source 32 being created simultaneously with the short circuit and the drop in the voltage. It should be mentioned that the high open circuit voltage of the constant voltage source 32 creates a very steep current rise. that is, for example, the current rise can be between 1500 A / ms and 20000 A / ms.
Due to the rapid and strong increase in current, an arc column or arc 16 is formed in the area of the short circuit between the welding wire 14 and the workpiece 17, this arc column, in particular the arc 16, having a high current density and a high pressure between the end of the welding wire and the workpiece 17 causes.
The steep rise in current at the moment the welding wire 14 touches the workpiece 17 results in a high energy density at the end of the welding wire, as a result of which a short plasma column with high pressure is formed under the melted-on material of the welding wire 14. Due to the melting of the material of the welding wire 14, a liquid metal drop forms at the end of the welding wire 14, which can be easily pushed away from the end of the welding wire due to the plasma column. It is advantageous here that, due to the high energy density achieved by the steep rise in current, the end of the welding wire is melted or liquefied very quickly, and at the same time the workpiece 17 is heated in the region of the arc 16 which forms. This heating of the workpiece 17 and the melting or
Liquefaction of the material of the welding wire 14 now prevents a full-surface contact of the welding wire end with the workpiece 17, so that a saturated short circuit, which can only be solved by a very high current pulse over a certain period of time, is prevented and, at the same time, reliable ignition of the arc 16 is ensured ,
After a certain period of time has elapsed, the current rise of the constant voltage source 32 reaches its maximum value 40. This can be seen in FIG. 5 at time 41. After the current has reached its maximum value 40, this in turn begins to decrease, the current decreasing from the maximum value 40 following an exponential function.
Simultaneously when the welding wire 14 touches the workpiece 17, that is to say in the event of a short circuit at time 38, the current in the constant current source 3, in particular from the power unit 4, also begins to rise, i. that is, at time 38, both a constant rise from constant voltage source 32 and constant current source 3 is created. However, because of the
<Desc / Clms Page number 6>
high open-circuit voltage, a faster current rise is achieved by the constant voltage source 32, the ignition and supply of the arc 16 with energy takes place in the first moment from the constant voltage source 32.
Due to the decrease in the current from the constant voltage source 32, after reaching the maximum value 40 and the simultaneous increase in the current from the constant current source 3, the current from the constant current source 3 becomes greater than that of the constant voltage source 32 at a time 42. This is possible because the user sets a very high current value when activating or for the welding process, so that due to the short circuit to
EMI6.1
le 32 and the current increase from the constant current source 3 from the time 41 a supply of the welding wire 14 is created via the constant current source 3. The current of constant current source 3 increases until it reaches its preset current value 43, as is the case at time 44.
After the current value 43 has been reached, it is then kept constant by the constant current source 3. The period of time, in particular the rate of current rise until the current value 43 is reached, is dependent on the open circuit voltage of the constant current source 3 and on the arc voltage and the welding circuit inductance.
At the same time as the set current value 43 is reached, the control device 5 detects the arc voltage 45. The control device 5 stores the determined value in a memory. The control device 5 then adds a target value stored in the memory to the determined arc voltage 45, as a result of which a reference value 46 is determined by the control device 5. By supplying the welding wire 14 with the preset current value 43, the end of the wire is further melted and the voltage and the arc length on the welding wire 14 continue to increase.
The control device 5 compares the determined reference value 46 with the arc voltage 45 applied to the welding wire 14
The supply of the welding wire 14 with the preset current value 43 is maintained by the constant current source 3 until the arc voltage 45 on the welding wire 14 is above the preset reference value 46. It is possible that when the arc voltage 45 is exceeded above the reference value 46 by the control device 5, a timing element is started, so that a new control process is carried out after a presettable tent period 47 has expired.
It can be seen from the diagram that at time 48 the voltage on the welding wire 14, in particular the arc voltage 45, rises above the determined reference value 46, i. That is, the timing element is activated by the control device 5 at the point in time 48, so that after the preset time period 47, that is to say at the point in time 49, the power unit 4 is controlled in such a way that the current is reduced to a preset minimum value 50 , as can be seen from time 49. Simultaneously with the lowering of the current to the minimum value 50, the voltage on the welding device 14 also begins to decrease due to the arc 16 becoming shorter.
The control device 5 now monitors the voltage value, in particular the arc voltage 45, so that a continuous comparison between the actual value and a preset minimum value 51 enables the control device 5 to recognize that the voltage, in particular the arc voltage 45, has reached the minimum value 51.
After the voltage has dropped so far that it corresponds to the minimum value 51 or is below the minimum value 51, the ignition process for igniting the arc 16 is completed with a stabilization phase, i. that is, the actual welding process can now be carried out, as can be seen from a point in time 52, d. that is, for example in a pulse welding process, the pulse generator 5 starts from the control device 5, as shown by welding pulses 53, 54 in FIGS. 4 and 5. The exact handling of the subsequent welding processes will not be discussed in detail, since any welding process that belongs to the prior art can be carried out after the ignition process, which is completed at time 52.
The advantage of such an ignition process is that, due to the high open circuit voltage, which is applied to the welding wire 14 via the additional constant voltage source 32, a very rapid and steep current rise on the welding wire 14 is achieved, so that a
<Desc / Clms Page number 7>
safe ignition of the arc 16 is achieved. Furthermore, the steep rise in current prevents a full short circuit from occurring between the welding wire 14 and the workpiece 17, as a result of which welding spatter and any binding errors which may occur can be avoided.
The problem with a method that is part of the prior art is that so-called saturated short circuits can occur more often, in which the normal current pulse or current value 43 is no longer sufficient to ignite or generate the arc 16, which can produce a saturated short circuit can only be resolved by a corresponding increase in current or continuous supply of current to the welding wire 14, as a result of which the welding wire 14 is melted at an undefined point, which is usually directly on the contact tube of the welding torch 11. As a result, a short piece of the welding wire 14 is thrown away so that the arc 16 is ignited from the contact tube of the welding torch 11 to the workpiece 17 or that an arc 16 cannot be ignited if the distance is too great.
The formation of a full short circuit creates large amounts of welding spatter or burn-in, which are generated by the high current pulses to resolve the full short circuit.
In the ignition method according to the invention, the rich short circuits when the welding wire 14 comes into contact with the workpiece 17 are prevented by making the current rise at the ignition time of the arc 16, that is to say between the times 38 and 41, very steep, the maximum value 40 of the current being limited , For this purpose, the constant current source 3, in particular the power section 4, a further energy source, in particular the constant voltage source 32, is connected in parallel with a very high open circuit voltage and a limited short circuit current.
The constant voltage source 32 connected in parallel has a very low internal resistance. It is possible that the constant voltage source 32 only supplies energy for a limited period of time. These properties for the constant voltage source 32 can e.g. B. by a capacitor with a certain capacity, which is charged to a certain voltage, in particular to the open circuit voltage. In order for a given current rise rate to be reached, for a given welding circuit inductance L, the amount of open circuit voltage UL required for this must be calculated using the generally known formula UL = L * di / dt.
It is possible, for example, for the user to select a corresponding current rise rate, whereupon the control device 5 calculates the corresponding open circuit voltage and charges the constant voltage source 32 to a corresponding open circuit voltage. So that the short-circuit current can be limited by the constant voltage source 32, it is possible that the resistance of the welding circuit is changed. This can be done by connecting a corresponding resistor into the supply line 18 from the control device 5.
Of course, it is possible that to limit the short-circuit current from the constant voltage source 32, if this z. B. is formed by a capacitor, the capacitance can be changed. This can e.g. B. done automatically via the control device 5.
Furthermore, instead of the preferably constant feed rate of the melting electrode shown in FIG. 3, the feed rate can be changed as a function of the welding parameters or as a function of the desired weld seam during the welding or ignition process.
The method described above is mainly used due to the safety-related problems of the high open circuit voltage in automated welding, such as is carried out in welding robots, since corresponding precautions can be taken in the automated welding.
A welding method for a manual welding torch, in particular for the welding torch 11, is described below in FIGS. 6 to 9.
6 shows a simplified block diagram of the welding current source 2, in particular the welding device 1. In this block diagram, the individual components of the power unit 4 and the control device 5 are integrated in the constant current source 3, as has already been described in FIG. 2. At the same time, the constant current source 3 is in turn connected to the welding torch 11 or the workpiece 17 via the supply lines 18, 26. So that the wire feed device 12 can be controlled, the control device 5 is over
<Desc / Clms Page number 8>
the control lines 27, 28 are connected to the wire feed unit 12. The wire feed device 12 is in turn constructed by the supply drum 15 and the conveyor device 29, which is formed by conveyor rollers 30, 31.
So that the arc 16 can now be ignited between the welding wire 14 and the workpiece 17, the method sequence described below must be carried out by the control device 5, i. That is, according to the curve profiles shown in FIGS. 7 to 9, control of the individual components of the welding device 1 is carried out by the control device 5. The constant current source 3, in particular the power unit 4, is formed in this method by a regulated energy source.
7 shows a curve for the wire feed speed of the welding wire 14, the feed speed Vd being plotted on the ordinate and the time t being plotted on the abscissa. 8 shows the voltage curve and in FIG. 9 the current curve on the welding wire 14, the voltage U being plotted on the ordinate in FIG. 8 and the time t in FIG. 9 and the time t on the abscissa.
If a user now wants to start a welding process via the welding torch 11, z. B. the user press a button which is arranged on the welding torch 11, whereby the control device 5 is informed that a welding process is to be carried out.
The starting of the ignition process is carried out automatically by the control device 4 or the constant current source 3 after actuation of the button. After the user has activated the button, as can be seen at time 55, the control device 5 activates the power unit 4, in particular the constant current source 3, i. that is, the welding wire 14 is energized. However, since there is still no circuit between the positive and the negative potential of the constant current source 3, no current flows through the welding wire 14, but the open circuit voltage - which can be freely adjusted by the user - is present on the welding wire 14.
Then, ie at time 56, the wire feed device 12 is activated by the control device 5, as a result of which the welding wire 14 is moved forward in the direction of the workpiece 17. For this it is e.g. B. possible that when using a manual welding torch the user forms a certain distance between the workpiece 17 and the welding torch 11. Of course, it is possible that the starting of the wire feed device 12 can coincide with the activation of the power section 4 or the constant current source 3.
By applying the wire feeder 12 with a z. B. positive voltage, the wire feed for the welding wire 14 is now activated in the direction of the workpiece 17. At a point in time 57, the welding wire 14 touches the workpiece 17, as a result of which a short circuit is formed between the welding wire 14 and the workpiece 17. Because of the short circuit, a current flow is now established between the positive potential and the negative potential of the constant current source 3, the voltage on the welding wire 14 collapsing and at the same time the current over the welding wire 14 starting to rise.
For this purpose, the current from the constant current source 3 or from the power unit 4 is raised to a presettable value 58, i. that is, not, as in the previously described methods, a very high current is applied to the welding wire 14, but that the value 58 is below the melting point of the welding wire 14, as a result of which the welding wire 14 sticks to the workpiece 17, which would mean prevents a rich short circuit.
Simultaneously with the occurrence of the short circuit between the welding wire 14 and the workpiece 17, a timing element is activated by the control device 5, so that a presettable time period 59 begins to run. Furthermore, the voltage signal to the wire feed device 12 is interrupted, so that the forward movement of the welding wire 14 is stopped.
After the time period 59 has elapsed, as is the case at time 60, the control device 5 actuates the wire feed device 12 in such a way that no positive voltage signal is now transmitted to the wire feed device 12, but rather a z. B. negative voltage signal, so that a reversal, ie a backward movement of the welding wire 14 is carried out by the wire feeder 12. At the same time, the control device 5 controls the power unit 4, in particular the constant current source 3, in such a way that the current value is increased to a value 61.
Due to the further increase in the current to the value 61, the welding wire 14 is heated further, but there is no melting of the welding wire 14, i. that is, the welding wire 14 is only further heated due to the current flow,
<Desc / Clms Page number 9>
so that the arc 16 can be easily ignited.
If the welding wire 14 lifts off the workpiece 17 as a result of the backward movement, the short circuit between the welding wire 14 and the workpiece 17 is ended, as is the case at time 62. At the same time, the arc 16 forms between the workpiece 17 and the welding wire 14.
By forming the arc 16, an arc voltage 63 is produced on the welding wire 14, the control device 5 monitoring the voltage profile of the arc voltage 63, so that a control element 5 activates a timing element with a presettable time period 64, ie a real arc voltage 63 is detected. That is, by the formation of the arc voltage 63, the control device 5 can recognize that the arc 16 has been ignited, so that the arc 16 is supplied with a constant current over this period 64 and thus the arc 16 can be prevented from being torn off.
Simultaneously with the lifting of the welding wire 14 from the workpiece 17 or with the ignition of the arc 16, the backward movement of the welding wire 14 is stopped or this can be reduced to a lower speed and then converted into a forward movement.
After the presettable time period 64, the value 61 of the current is increased to a further higher value 65, as can be seen from the time 66, after which the power supply to the welding wire 14 is kept constant with this value 65, the end of the wire is melted and an increase the arc voltage 63 takes place. At the same time, the control device 5 detects the arc voltage 63, so that when a preset target value 67 is reached or when this target value 67 is exceeded, the current can be reduced over a presettable period of time. This is necessary because the material on the welding wire 14 melts due to the increase in the current, so that a corresponding arc length is formed between the workpiece 17 and the welding wire 14.
If the arc voltage 63 now rises above the target value 67, as is the case at time 68, the control device 5 applies a positive potential to the wire feed device 12, so that the forward movement of the welding wire 14 is initiated. The wire feed device 12 is now used for this purpose controlled in such a way that the actual welding wire speed, which is necessary for the welding process, is set. Simultaneously with the activation of the wire feed device 12 for the forward movement of the welding wire 14, the current is reduced from the value 65 to a predetermined value 69. The value 69 corresponds to the minimum value for supplying the arc 16, so that the arc 16 is prevented from being torn off.
At the same time, the control device 5 monitors the arc voltage 63 on the welding torch 11, so that when the minimum value 70 of the arc voltage 63 is reached, the control device 5 can recognize that the ignition process for igniting the arc 16 has ended, as is the case at time 71.
After the arc voltage 63 has dropped to the minimum value 70, the actual welding process is carried out by the control device 5, i. That is to say, for example, when a pulse welding process is set, the actual welding process begins from time 71 and the constant current source 3 or the control device 5 starts a pulse generator, so that individual welding pulses 72 can be emitted. Of course, it is possible that after the arc 16 has been ignited, that is to say when the ignition process has ended at time 71, any other welding process can be carried out.
The advantage of such an ignition method is that due to the gradual increase in the current on the welding torch 11, in particular on the welding wire 14, the welding wire 14 is continuously heated, so that welding spatter and saturated short circuits at the welding point are prevented.
Furthermore, it is possible, as shown in dashed lines in FIG. 7, that at the point in time 60, when the control device 5 initiates the backward movement of the welding wire 14, before the backward movement and the current increase to the value 61, the welding wire 14 still has a presettable time period 73 on the workpiece 17 remains positioned, i.e. h that the short circuit is maintained over this period 73. This is advantageous because it achieves better heating of the welding wire 14, as a result of which an even safer ignition of the arc 16 can be created.
Of course, it is possible that for the forward and backward movement of the welding
<Desc / Clms Page number 10>
wire 14 of the welding torch 11 itself can be moved accordingly, the start of the wire feeder 12 taking place only after the ignition of the arc 16, d. that is, a constant monitoring of the control device 5 is carried out via the arc voltage 63, so that only a forward movement of the wire feed device 12 has to be carried out by the movement of the welding torch 11. So that ignition can be carried out manually via the welding torch 11, the user must move the welding torch 11 in the direction of the workpiece 17 in order to ignite the arc 16, so that the welding wire 14 forms a short circuit with the workpiece.
The user then lifts the welding torch 11 off the workpiece 17, as a result of which the arc 16 is ignited. By monitoring the arc voltage 63 from the control device 5, the latter can now recognize that the arc 16 has been ignited, so that the wire feed device 12 is activated and the welding wire 14 moves forward.
Of course, it is possible that this method can be automated by a robot, i. that is, a corresponding movement of the welding torch 14 is carried out by pivoting the robot arm. It is advantageous here that the movement of the welding torch 11 means that the wire feed device 12 only has to be designed for the forward movement, so that costs for the manufacture of the wire feed device 12 can be saved.
The method described above can of course be used for welding robots as well as for manual hand welding torches.
10 shows another exemplary embodiment of the welding current source 2 with the constant current source 3 and the constant voltage source 32, the constant voltage source 32 being fed from the output of the constant current source 3. The constant current source 3 is therefore used simultaneously to charge the constant voltage source 32, in particular formed by a capacitor 74. A series connection of the capacitor 74 with a diode 75 is connected to the output of the constant current source 3 or to the supply lines 18, 26 such that the cathode of the diode 75 is connected to the positive potential, accordingly to the supply line 18 and the remaining connection of the capacitor 74 with the negative potential, for example connected to the supply line 26.
The diode 75 is connected in parallel with a switch 76, the control input of which is connected via the control line 35 to the constant current source 3 or also to the control device 5 in order to be able to be switched to the conducting and blocking states.
The constant voltage source 32, in particular the capacitor 74, is thus charged by means of the output of the constant current source 3. The diode 75 is used to decouple the welding circuit during the welding.
Due to its design or its power unit concept, the constant current source 3 is able to supply a correspondingly high open circuit voltage after the start command, so that the switch 76, which is controlled in the start phase by the constant current source 3 or also by the control device 5, is conductive the capacitor 74 is charged to a correspondingly high voltage, for example 200 V. After the preferably preset voltage value on the capacitor 74 is reached, the switch 76 is opened or put into the blocking state and the open circuit voltage of the constant current source 3 is reduced to a value corresponding to the safety regulations and the wire feed device 12 is subsequently activated.
If within a certain, relatively short period of time, for example 300 ms after the start of the constant current source 3, there is no contact between the end of the welding wire 14 assigned to the workpiece 17 and the workpiece 17, the switch 76 is closed again and the voltage of the capacitor 74 to a value corresponding to the safety regulations.
If the end of the welding wire touches the workpiece 17 within 300 ms, for example, the constant voltage source 32 or the capacitor 74 likewise leads to a steep current rise to the maximum value 40 - FIG. 5 - and then 40 after reaching this maximum value
EMI10.1
is maintained.
It can therefore be stated that the constant voltage source 32, if it is connected in parallel with the constant current source 3, does not have to have its own charging circuit, and in the start phase of the constant current source 3 from the output of the constant current source 3 itself
<Desc / Clms Page number 11>
a correspondingly high voltage value is charged.
Irrespective of the parallel connection of the constant current source 3 and the constant voltage source 32 described above, it is of course also possible to connect the constant voltage source 32 in series with the constant current source 3. For this purpose, the constant voltage source 32 is to be switched into one of the supply lines 18 or 26 at the output of the constant current source 3. The constant voltage source 32 has its own charging circuit and is set to the state for energy absorption or charge maintenance, in particular during the start phase of the constant current source 3 via the control line 35.
This constant voltage source 32 is supplied with the relatively high voltage of more than 100 V in comparison with the welding process that is initiated before the welding circuit is closed, that is, before the electrode, for example the welding wire 14, contacts the workpiece 17.
After the relatively high voltage value of over 100 V is available from the constant voltage source 32, the welding circuit can be closed, for example by activating the wire feed device 12, so that when the electrode touches the workpiece 17 for the first time, both the electrical energy of the constant current source 3 as well as the electrical
EMI11.1
It can thus be stated that the constant voltage source 32, when connected in series with the constant current source 3, comprises its own charging circuit and that the charging circuit and the capacitor are activated via the control line 35 in the starting phase of the constant current source 3 74 is charged.
Of course, the previously described methods according to the invention can be used with all melting electrodes known from the prior art, for example both with wire electrodes and with rod electrodes, which are preferably provided with a covering and are also processed without an inert gas atmosphere.
Finally, for the sake of order, it should be pointed out that individual components and assemblies are disproportionately and to scale distorted in the drawings for a better understanding of the invention
Individual features of the individual exemplary embodiments can also form the subject of independent inventions with other individual characteristics of other exemplary embodiments, or in each case on their own. Above all, the individual in FIGS. 1; 2 to 5; 6 to 9; 10 shown form the subject of independent solutions according to the invention. The relevant tasks and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures.
** WARNING ** End of DESC field may overlap beginning of CLMS **.