DE1540965C3

DE1540965C3 - Einrichtung zum WechselstromlichtbogenschwelBen von Leichtmetallen

Info

Publication number: DE1540965C3
Application number: DE1540965A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 5249 Koettingen Keller; Ernst Dr.-Ing. 6000 Frankfurt Witting
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1965-10-28
Filing date: 1965-10-28
Publication date: 1975-01-02
Also published as: AT283520B; AT274972B; GB1167187A; SE323267B; NL6615147A; CH444336A; FR1515975A; US3526747A; DE1540965B2; DE1540965A1; BE688824A

Description

gesehen, dessen Steuerelektrode 71 mit einem Impulsgerät 8 verbunden ist, dessen Eingang parallel zu einem mit dem Regelwiderstand 4 in Reihe geschalteten Widerstand 81 geschaltet ist, also im Rhythmus des Wechselstroms /_s betätigt wird. In einer Parallelleitung 10 zu dem gesteuerten Gleichrichter 7 ist ein ungesteuerter, umgekehrt gepolter Gleichrichter 9 in Reihe mit der die veränderliche Leerlaufzusatzspannung U₁₁ liefernden Sekundärwicklung des Transformators 2 geschaltet.

Der steuerbare Gleichrichter 7 ist nur für die negativen Halbwellen I_n des Schweißstroms /_s und nur beim Anliegen eines Steuerpotentials an seiner Steuerelektrode 71 stromdurchlässig. Das Impulssteuergerät 8 wird in Abhängigkeit vom Rhythmus des Schweißstroms /_s so betrieben, daß das erforderliche Steuerpotential immer beim Auftreten einer negativen Halbwelle vorliegt. Beim Auftreten einer negativen Halbwelle tritt eine Lichtbogenspannung U_n auf. Für den negativ gerichteten Strom /„ gilt dann die Bezeichnung I_n — (U₀—U_n)/R. Ein Fließen eines Stroms in der Parallelleitung 10 wird durch den umgekehrt zum Gleichrichter 7 gepolten, unveränderlichen Gleichrichter 9 verhindert.

Beim Auftreten einer positiven Halbwelle des Schweißstroms/_s ist dagegen der steuerbare Gleichrichter 7 gesperrt, so daß während dieser Halbperiode ein Strom /„ in Pfeilrichtung durch den Gleichrichter 9 über die Leitung 10 zur Schweißstelle mit der positiven Lichtbogenspannung U₁₁ fließt. Dabei wird die Zusatzspannung U_a wirksam, und für den Strom I_p gilt die GleichungI_p = (U₀ + U_a-U„)/R. Will man die lichtbogenbedingte Gleichspannungskomponente aufheben und die beiden Ströme /„ und /_p gleich groß halten, läßt sich aus den beiden vorstehend angeführten Stromgleichungen leicht ableiten, daß dann die Zusatzspannung U₀ = U₁₁-U_n sein muß. Durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Spannung U₁₁ gegenüber diesem Wert kann wahlweise und dem bestimmten Schweißfall entsprechend eine negative oder auch positive Gleichstromkomponente eingestellt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 entspricht genau dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 mit dem einzigen Unterschied, daß die Primärwicklungen der Transformatoren 1 und 2 mit Anzapfungen Il und Umschaltern 12 versehen sind, so daß eine stufenweise Änderung der Schweißstromspannung U₀ und der Zusatzspannung U₀ möglich ist.

Bei den Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 wurde der Einfachheit halber davon ausgegangen, daß die Höhe des Schweißstroms in erster Linie durch die Größe des ohmschen Widerstands 4 festgelegt ist. Bei Schweißeinrichtungen wird jedoch in an sich bekannter Weise aus verschiedenen Gründen eine induktive Reaktanz als Vorwiderstand verwendet.

Dabei muß das in den Schaltungen verwendete steuerbare Ventil mit einer Zwangskommutierungseinrichtung versehen werden. Eine solche Einrichtung ist in F i g. 3 dargestellt, die im übrigen einen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ähnlichen Schaltungsaufbau aufweist. Die mit dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 übereinstimmenden Schaltungsteile sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Zur Einstellung der Schweißstromstärke ist ein

ίο regelbarer induktiver Widerstand 20 vorgesehen. Die Zwangskommutierungsschaltung weist einen Stromwandler 21 auf, der sekundärseitig einen Mittelabgriff 22 aufweist und einerseits über eine Diode 23 mit der Steuerelektrode 71 des steuerbaren Gleichrichters 7 und andererseits über eine Diode 24 mit der Steuerelektrode 26 eines Löschthyristors 25 verbunden ist. Der Löschthyristor 25 ist einerseits mit dem einen Sekundäranschluß des Schweißtransformators 1 und andererseits mit dem Verbindungs-

ao punkt 27 zwischen einem Kondensator 28 und einer mit einem Widerstand 29 in Reihe geschalteten Diode 30 verbunden. Die Reihenschaltung aus dem Kondensator 28, dem Widerstand 29 und der Diode 30 liegt parallel zu der Schweißstrominduktanz 20 und der Schweißstelle 5, 6 geschaltet.

Während der steuerbare Gleichrichter 7 stromführend ist, wird der Kondensator 28 über die Diode 30 und den Widerstand 29 aufgeladen; hierzu wird beim Nulldurchgang der über den ungesteuerten Gleichrichter 9 fließenden positiven Halbwelle des Schweißstroms über den Stromwandler 21 und die Diode 23 der steuerbare Gleichrichter 7 gezündet.

Wenn der Gleichrichter 9 erneut leitend wird, wird über den Stromwandler 21 und die Diode 24 der Löschthyristor 25 gezündet und dadurch der Kondensator 28 über die beiden steuerbaren Gleichrichter 7 und 25 entladen. Dabei wird der steuerbare Gleichrichter 7 gesperrt.

Die Steuerung der beiden Thyristoren 7 und 25 wird zweckmäßig mit Stromimpulsen bewirkt, da die für diesen Zweck verwendeten Ventile relativ große Zünd- oder Löschströme benötigen (etwa 1 A), was bei einem Dauersignalbetrieb zu einer starken thermischen Belastung der Steuerelektroden führen würde. Die Impulssteuerung hat außerdem den Vorteil, daß sie ein zeitlich genaueres Steuern erlaubt.

Der für die Zwangskommutierungsschaltung verwendete Stromwandler 21 kann so ausgelegt sein, daß der sekundärseitig erzeugte Strom ein getreues Abbild des Arbeitsstroms darstellt. Der Stromwandler kann jedoch zweckmäßig so ausgelegt sein, daß er schon beim Fließen eines geringen Schweißstroms auf der Primärseite in seinen Sättigungsbereich gelangt, was beim Nulldurchgang des Stroms sekundärseitig Stromimpulse erzeugt, die besonders günstig zum Steuern der Gleichrichter 7 und 25 sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 ■; "2 ist, dessen Größe von verschiedenen Faktoren, unter Patentansprüche: anderem von den Eigenschaften der verwendeten Schweißmaschine und der verwendeten Werkstoffe,

1. Einrichtung zum Wechselstromlichtbogen- abhängt. Der Nachteil dieser überlagerten negativen schweißen von Leichtmetall unter Schutzgas mit 5 Gleichstromkomponente liegt darin, daß durch den einer nichtabschmelzenden Elektrode und mit schwächeren positiven Anteil des Stroms die beim einer Wechselstromquelle, die zwei hinterein- Leichtmetallschweißen unerläßliche Reinigungswirandergeschaltete Wicklungen enthält, deren An- kung auf die Schweißbadoberfläche bei verstärkter fang mit dem Werkstück verbunden ist und deren Aufschmelzwirkung in meist unerwünschter Weise Ende über einen für die positiven Halbwellen des io vermindert wird.

Schweißstroms durchlässigen Gleichrichter und Es sind bereits Maßnahmen bekanntgeworden, um deren Wicklungsverbindungsstelle über ein wei- diesen negativen Gleichstromanteil zu beseitigen teres Bauelement mit der Elektrode verbunden oder wenigstens zu vermindern, ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus der deutschen Patentschrift 832463 ist es beBauelement ein für die negativen Halbwellen des 15 kannt, dazu in den Schweißstromkreis zwei Einweg-Schweißstroms durchlässiger steuerbarer Gleich- gleichrichter umgekehrt parallel zueinander einrichter (7) ist. zuschalten und diese Gleichrichter entsprechend zu

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- steuern.

kennzeichnet, daß das Steuersignal für den Steuer- Die britische Patentschrift 732 230 zeigt dazu eine

baren Gleichrichter (7) von einem in den Schweiß- 20 Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der das Stromkreis gelegten Stromwandler (21) abnehm- weitere Bauelement ein Widerstand ist. bar ist. Bei dieser Einrichtung wird der Widerstand so

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- gewählt und derart an die Sekundärwicklung eines durch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (21) Schweißtransformators angeschlossen, daß die negaso dimensioniert ist, daß er im Bereich der vor- 25 tive Gleichstromkomponente teilweise oder ganz bekommenden Schweißströme im Sättigungsbereich seitigt wird. Zur Einstellung sind dafür Anzapfungen arbeitet. an der Sekundärwicklung und am Widerstand vorgesehen. Der Widerstand wird dort etwa vom halben Schweißstrom durchflossen und muß deshalb ent-

30 sprechend belastbar sein.

Ausgehend von einer derartigen, aus der britischen Patentschrift 732 230 bekannten Einrichtung ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Einrich-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Wech- tung derart zu verbessern, daß eine möglichst genaue selstromlichtbogenschweißen von Leichtmetallen un- 35 Einstellung der Beeinflussung der partiellen Gleichter Schutzgas mit einer nichtabschmelzenden Elek- richtung in Anpassung an Werkstückstärke und trode (sogenanntes WIG-Verfahren) und mit einer Werkstückart möglich ist.

Wechselstromquelle, die zwei hintereinandergeschal- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungstete Wicklungen enthält, deren Anfang mit dem gemäß das Bauelement ein für die negativen HaIb-Werkstück verbunden ist und deren Ende über einen 40 wellen des Schweißstroms durchlässiger steuerbarer für die positiven Halbwellen des Schweißstroms Gleichrichter ist. ^;.^{;: J} ' ·

durchlässigen Gleichrichter und deren Wicklungs- Dadurch ist eine stufenlose und verlustfreie Ein-

verbindungsstelle über ein weiteres Bauelement mit stellung der Beeinflussung der Gleichstromkompoder Elektrode verbunden ist. nente möglich. -

Es ist bekannt, zum Schweißen von Leichtmetallen 45 Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen an vorzugsweise Wechselstrom zu benutzen, wobei das Hand der Zeichnungen erläutert werden. Im einzelnen Aufschmelzen des zu schweißenden Grundstoffs zeigt

während derjenigen Halbwellen des Wechselstroms Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen

erfolgt, in denen die Elektrode negativ gepolt ist. Schaltungsanordnung, Während der anderen Halbwellen, bei positiv ge- 50 Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltungsanordpolter Elektrode, wird dagegen durch die Emission nung nach Fig. 1,

der Ladungsträger des Grundwerkstoffs die bei F i g. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanord-

Leichtmetallen stets vorhandene und einen höheren nung mit einer Zwangskommutierungsstufe. Schmelzpunkt als der Grundwerkstoff aufweisende Nach Fig. 1 weist die Einrichtung einen Haupt-

Oxydschicht aufgerissen und an den Rand des 55 schweißtransformator, der eine feste Leerlaufspan-Schweißbades gedrängt. Diese Reinigungswirkung des nung U₀ liefert, und einen Regeltransformator 2 zur Lichtbogens ist von großem Vorteil. Lieferung einer veränderlichen Leerlaufspannung U_a

Durch die Verschiedenheit der Betriebstempera- auf. Die Primärwicklungen beider Transformatoren türen und der Materialeigenschaften bei der nicht- sind parallel zueinander an eine Wechselspannungsabschmelzenden Elektrode und dem zu schweißenden 60 quelle 3 gelegt. Zur Einstellung der Schweißstrom-Grundwerkstoff ergibt sich eine unterschiedliche stärke /_s ist ein Regelwiderstand 4 vorgesehen. In den Emissionsfähigkeit von Elektrode und Schmelzbad Figuren sind mit der Bezugsziffer 5 ein Brenner mit mit der Wirkung, daß beim Wechselstromschweißen einer nichtabschmelzenden Elektrode und mit der der positive Anteil des Wechselstroms kleiner ist als Bezugsziffer 6 ein zu verschweißendes Werkstück der negative Anteil. Diese Nebenwirkung ist als 65 bezeichnet.

»partielle Gleichrichtung« bekannt. Die Stromkurve In dem von der Sekundärwicklung des Transfor-

läßt sich also in eine symmetrische Wechselstrom- mators 1 aus gespeisten Hauptstromkreis der Einrichkurve zerlegen, der ein Gleichstromanteil überlagert tung ist außerdem ein steuerbarer Gleichrichter 7 vor-