DE1565452C3 - SchweiBstromquelle für Lichtbogen schweißung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenschweißvorrichtung mit einem Hauptgleichrichter, der aus einem Drehstromnetz über einen Transduktor gespeist wird und an den zwei Elektroden für das Schweißen mit Gleichstrom angeschlossen sind, und mit einer eine konstante Spannung liefernden Gleichstromquelle, die zusammen mit einem ohmschen Widerstand und gegebenenfalls mit einem induktiven Widerstand parallel zu dem Hauptgleichrichter geschaltet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung so zu gestalten, daß sie für alle vorkommenden Arten von Lichtbogenschweißung anwendbar ist. Es kommt hierfür außer der Elektroden-Handschweißung das sogenannte WIG-Verfahren mit einer durch ein Inertgas geschützten Wolfram-Elektrode und einem Kaltschweißdraht — sowohl für Gleichstrom — als auch für Wechselstrombetrieb — sowie das sogenannte MIG-Verfahren in Betracht, bei welchem eine Abschmelzelektrode aus Metall durch einen Schutzgasmantel hindurchläuft. Insbesondere soll auch das MIG-Schweißverfahren mit überlagerten Stromimpulsen anwendbar sein.

Die Erfindung besteht in erster Linie darin, daß bei einer Lichtbogenschweißvorrichtung der eingangs genannten Art mit einer Schalteinrichtung der von der Gleichstromquelle zu den Elektroden für das Schweißen mit Gleichstrom führende Stromkreis unterbrochen oder mit unterschiedlichen ohmschen Widerständen hergestellt und im letzteren Fall eine der drei zu dem Hauptgleichrichter führenden Phasenleitungen unterbrochen werden kann. Zur Durchführung des M IG-Verfahrens mit überlagerten Stromimpulsen wird bei einer Lichtbogenschweißvorrichtung nach der Erfindung mittels der Schalteinrichtung auch eine zweite zu dem Hauptgleichrichter führende Phasenleitung unterbrochen und dabei die negative Schweißelektrode mit einer der beiden vom Hauptgleichrichter getrennten Drosseln des Transduktor verbunden. Die Zeichnung zeigt in >, , ■■'-■■

F i g. 1 eine Schaltung einer ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes darstellenden Lichtbogenschweißvorrichtung, die

F i g. 2 bis 6 sind Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Vorrichtung,

F i g. 7 ist ein Schaltbild, das gegenüber F i g. 1 eine

ίο Abwandlung aufweist.

Aus einem Drehstromnetz 1 wird über einen Transformator 2 und einen Transduktor, der drei vormagnetisierte Drosseln 3,4,5 hat, ein Hauptgleichrichter 6 der Lichtbogenschweißvorrichtung gespeist. An diesen sind durch Leitungen 7 und 8 die Kabelanschlußklemmen 9 bzw. 10 für die Gleichstrom-Elektroden verbunden. Die

: Vormagnetisierungswicklung 11 des Transduktors wird aus einer Gleichstromquelle 12 über ein Potentiometer 13 gespeist.

Die Stromquelle konstanter Spannung wird durch einen weiteren Gleichrichter 14 gebildet, der durch Leitungen 15 an drei zusätzliche Sekundärwicklungen 16 des Transformators 2 angeschlossen ist. Der Pluspol des Gleichrichters 14 ist durch eine Leitung 17 mit der Kabelanschlußklemme 9 für die positive Schweißelektrode verbunden. Von dem negativen Pol des Gleichrichters 14 führt eine Leitung 18 zu dem Drehpunkt 19 eines zu einem Schalter 20 gehörenden Schalthebels 21, mittels dessen man den Punkt 19 wahlweise mit Kontakten I, II, III, IV oder V verbinden kann. Die Kontakte III, IV und V sind leitend miteinander verbunden, während die Kontakte I und II von ihnen und voneinander getrennt sind.

Von dem Kontakt II führt eine Leitung 22 zu einem ohmschen Widerstand 23. In Reihe mit diesem liegen ein weiterer ohmscher Widerstand 24 und eine Luftspaltdrossel 25. Von dieser führt eine Leitung 26 zu dem Drehpunkt 27 eines zu einem Schalter 28 gehörenden Schalthebels 29, mittels dessen der Punkt 27 wahlweise mit Kontakten I, II, III, IV oder V verbunden werden kann. Die Kontakte I, II, III und IV sind leitend miteinander verbunden, während der Kontakt V von ihnen getrennt ist. Von dem Kontakt I des Schalters 28 führt eine Leitung 30 zu der Kabelanschlußklemme 10 für die negative Schweißelektrode.

Der Kontakt III des Schalters 20 ist durch eine Leitung 44 mit einem Punkt zwischen den beiden Widerständen 23 und 24 geführt.

In den Phasenleitungen 31, 32, durch welche die Drosseln 4 und 5 des Transduktors mit dem Hauptgleichrichter 6 verbunden sind, befinden sich zwei weitere Schalter 33 bzw. 34 mit Schalthebeln 35 bzw. 36, deren Drehpunkte 37 bzw. 38 wahlweise mit Kontakten I, II, III, IV oder V verbunden werden können. In dem Schalter 33 sind die Kontakte I, II, III und IV leitend miteinander verbunden, während der Kontakt V von ihnen getrennt ist. In dem Schalter 34 sind nur die Kontakte I, II und III leitend miteinander verbunden, während die Kontakte IV und V von ihnen und voneinander getrennt sind.

Von der Phasenleitung 39, welche die Drossel 3 des Transduktors mit dem Hauptgleichrichter 6 verbindet, ist eine Leitung 40 abgezweigt, die zu der Kabelanschlußklemme 41 für eine Elektrode für das Schweißen mit Wechselstrom führt. Von der Phasenleitung 31 ist zwischen der Drossel 4 und dem Schalter 33 eine Leitung 42 abgezweigt, die zu der Kabelanschlußklemme 43 für die andere Elektrode für das Schweißen mit

Wechselstrom führt.
Die Schalthebel 21, 36, 35, 29 der Schalter 20, 34, 33,

28 sind durch eine Stange 47 in der Weise miteinander gekuppelt, daß die Kontakthebel die Kontakte gleicher Ziffern immer gleichzeitig überdecken.

Wenn die Schaltstange 47 so eingestellt ist, daß die Schalthebel aller Schalter die Kontakte I überdecken, ist der Stromkreis, in dem der Gleichrichter 14 mit den Widerständen 23, 24 und der Luftspaltdrossel 25 liegt, unterbrochen. Der Gleichrichter 14 ist daher unwirksam. Der Hauptgleichrichter 6 ist an alle drei Drosseln des Transduktors angeschlossen. Diese Einstellung ist für das WIG-Verfahren geeignet.

F i g. 2 zeigt für diesen Fall den Verlauf der Spannung LJ an den Elektroden 9, 10 in Abhängigkeit von der Schweißstromstärke I, und zwar gelten die Kennlinien 48, 49, 50 für verschiedene Werte des durch die Vormagnetisierungswicklung 11 fließenden Stromes.

Für das WIG-Verfahren mit Wechselstrom werden die Kabelanschlußklemmen 41,43 verwendet.

Wenn durch die Stange 47 die Schalthebel 21, 36, 35,

29 der vier Schalter zur Überdeckung der Kontakte 11 gebracht werden, ist der den Gleichrichter 14 enthaltende Stromkreis unter Einschluß der beiden ohmschen Widerstände 23 und 24 sowie der Luftspaltdrossel 25 über die Leitungen 17, 18, 22 und 26, 30, 8 geschlossen. Dabei liegen der Gleichrichter 14, die Widerstände 23, 24 und die Luftspaltdrossel 25 parallel zu dem Hauptgleichrichter 6.

Diese Einstellung ist vor allem für Elektroden-Handschweißung geeignet. Hierfür zeigt F i g. 3 eine Kennlinie.

Solange die Gleichspannung an dem Hauptgleichrichter 6 größer ist als die von dem Gleichrichter 14 gelieferte Spannung, ist bei einer bestimmten Vormagnetisierung des Transduktors der Kurventeil 51 maßgebend, der beispielsweise mit dem entsprechenden Teil der Kurve 49 in F i g. 2 übereinstimmt. Es sei angenommen, daß im Punkt A die Gleichspannung am Hauptgleichrichter 6 gleich der von dem Gleichrichter 14 gelieferten Spannung ist. Bei weiterer Abnahme der Spannung LJ verläuft die Kennlinie nach dem geraden Ast 52, d. h. die Schweißstromstärke 1 nimmt bei abnehmender Spannung U erheblich stärker zu. Für das Handschweißen mit kalkbasischen Elektroden gilt der Arbeitspunkt A.

Bei Einstellung der Schalthebel auf die Kontakte III ist der ohmsche Widerstand 23 ausgeschaltet. Es liegen dann der Gleichrichter 14, der ohmsche Widerstand 24 und die Luftspaltdrossel 25 parallel zu dem Hauptgleichrichter 6. Diese Einstellung gilt für das MIG-Schweißverfahren mit Gleichstrom. Eine entsprechende Kennlinie zeigt F i g. 4.

Da nunmehr der Wert des ohmschen Widerstandes in dem den Gleichrichter 14 enthaltenden Stromkreis kleiner ist als vorher, hat der gerade Ast 53 der Kennlinie nach Fig.4 eine geringere Neigung als der Ast in Fig.3. Für eine MIG-Schweißung im Kurzlichtbogen kommt ein Arbeitspunkt B auf dem Ast 53 in der Nähe des Knickes in Betracht, während für eine M IG-Schweißung im Sprühlichtbogen etwa ein Arbeitspunkt Cim unteren Teil des Kurvenastes 51 gewählt wird.

Wenn die Schalthebel der vier Schalter zur Überdekkung der Kontakte IV gebracht werden, wird die Phasenleitung 32 der Drossel 5 des Transduktors unterbrochen. Der Hauptgleichrichter 6 wird daher nunmehr nur noch zweiphasig über die Drosselnd und 4 betrieben. Da auch in diesem Fall der Gleichrichter 14 nur mit dem ohmschen Widerstand 24 und der Luftspaltdrossel 25 in Reihe geschaltet ist, ergibt sich grundsätzlich die gleiche statische Kennlinie wie in F i g. 4. Doch erhält man einen zeitlichen Verlauf des Schweißstromes I über der Zeit t gemäß F i g. 5. In diesem Schaubild ist der von dem Gleichrichter 14 gelieferte Stromanteil mit I 14 bezeichnet. Dieser Strom ist praktisch konstant. Er wird überlagert von den Stromanteilen Ιβ, die von dem Hauptgleichrichter 6 geliefert werden. Die

ίο sich theoretisch ergebenden sinusförmigen Halbwellen des gleichgerichteten Einphasenstromes sind in Fig.5 mit strichpunktierten Linien angedeutet. Es ergibt sich tatsächlich aber die ausgezogene Wellenlinie, da durch den Transduktor Einschnürungen der sinusförmigen Halbwellen beim Durchgang durch Null bewirkt werden. Bei einer Netzfrequenz des Wechselstromes von 50 Hz erhält man somit eine Frequenz der Stromimpulse nach F i g. 5 von 100 Hz. Diese Stromimpulse bewirken ein Abschleudern von Tropfen während der

ao Schweißung. Mit gestrichelten Linien ist in F i g. 5 angedeutet, wie durch eine Vergrößerung der Vormagnetisierung des Transduktors die Amplituden der von dem Hauptgleichrichter 6 ausgehenden Stromimpulse vergrößert werden können.

as Wenn die Schalthebel der vier Schalter die Kontakte V überdecken, ist nicht nur die Phasenleitung 32, sondern auch die Phasenleitung 31 unterbrochen. Ferner ist die Leitung 26 nicht mehr mit der Leitung 30, sondern mit der Leitung 42 verbunden. In dem den Gleichrichter 14 enthaltenden Stromkreis sind auch in diesem Fall nur der ohmsche Widerstand 24 und die Luftspaltdrossel 25 mit dem Gleichrichter 14 in Reihe geschaltet. Diese Einstellung gilt für eine MIG-Schweißung mit überlagerten Stromimpulsen gemäß dem Schaubild nach F i g. 6.

Der Gleichrichter 14 liefert wieder einen praktisch konstanten Stromanteil In, der von der Kabelanschlußklemme 43 über die Leitungen 42 und 26 sowie über die Luftspaltdrossel 25 und den ohmschen Widerstand 24 durch die Leitungen 44 und 18 zu dem Minus-Pol des Gleichrichters 14 fließt. Hierbei muß also die negative Schweißelektrode durch das zugehörige Kabel mit der Klemme 43 verbunden werden, die sonst für das Schweißen mit Wechselstrom bestimmt ist.

Der Hauptgleichrichter 6 liefert Stromimpulse nur mit denjenigen Halbwellen der an der Drossel 3 des Transduktors auftretenden Wechselspannung, deren Richtung mit der Durchlaßrichtung des Hauptgleichrichters 6 übereinstimmt. Diese Stromimpulse werden über die Leitung 7 durch den Lichtbogen zwischen den Elektroden, mit denen die Kabelanschlußklemmen 9 und 43 verbunden sind, sowie durch die Leitung 42 zu der Phasenleitung 31 der Drossel 4 geleitet. Hingegen liefern die entgegengesetzten Halbwellen wegen der Sperrwirkung des Hauptgleichrichters 6 keinen Stromanteil.

Wie F i g. 6 zeigt, erfolgen somit nur halb soviel Stromimpulse wie in der gleichen Zeit nach F i g. 5 bei der Schaltung IV. Dem entspricht ein kleinerer Mittelwert des Schweißstromes. Zu vergleichen ist der Mittelwert Imiv mit dem Mittelwert Imv. Es besteht daher bei dem MIG-Schweißverfahren mit überlagerten Stromimpulsen beim Schweißen von dünnen Blechen wegen des geringeren mittleren Schweißstromes als bei dem MIG-Verfahren gemäß Fig.5 nicht die Gefahr der örtlichen Überhitzung, und trotzdem werden durch die Stromspitzen nach F i g. 6 die an der Schweißstelle auftretenden Tropfen dank der großen Amplituden der

Stromimpulse abgeschleudert.

Bei dem Schaltbild nach F i g. 7 bleibt die negative Schweißelektrode auch dann, wenn die Schalthebel der vier Schalter 20, 34, 33, 28 die Kontakte Vüberdecken, durch das zugehörige Kabel mit der Klemme 10 verbunden. In diesem Fall, wenn also die Drosselnd und 5 von dem Gleichrichter 6 getrennt sind, ist die Kabelanschlußklemme 10 durch eine Leitung 45 mit dem Kontakt V des Schalters 33 verbunden, so daß eine Verbindung mit der zur Drossel 4 führenden Leitung 31 hergestellt ist.

Im übrigen ist bei der Schaltung nach F i g. 7 der Drehpunkt 27 des Schalters 28 durch eine Leitung 46 mit der von der Drossel 3 kommenden Leitung 39 und der Minuspol des Gleichrichters 6 durch eine Leitung 47 mit den Kontakten I, II, 111, IV des Schalters 28 verbunden. In F i g. 7 sind die gleichen Bezugszahlen verwendet wie in F i g. 1. Man braucht bei der Schaltung nach F i g. 7 für das Schweißen nach dem MIG-Verfahren mit überlagerten Stromimpulsen das an die Klemme 10 angeschlossene Kabel nicht zu lösen und an die Klemme 43 anzuschließen.

Die Größe des von dem Gleichrichter 14 gelieferten Stromanteiles kann beispielsweise mit Hilfe von Anzapfungen an den zusätzlichen Sekundärwicklungen 16 eingestellt werden. , ■..-..

An Stelle des Gleichrichters 14 kann auch irgendeine andere Gleichstromquelle konstanter Spannung, z. B. eine Akkumulatoren-Batterie, verwendet werden.

Statt der Luftspaltdrossel 25 können solche in den Wechselstrom-Zuleitungen 15 zu dem Gleichrichter 14 vorhanden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schweißstromquelle für alle vorkommenden Arten von Lichtbogenschweißung, versehen mit einem Hauptgleichrichter, der aus einem Drehstromnetz über einen Transduktor gespeist wird und an den zwei Elektroden angeschlossen sind, und mit einer eine konstante Spannung liefernden Gleichstromquelle, die zusammen mit ohmschen Widerständen und gegebenenfalls mit einem induktiven Widerstand parallel zu dem Hauptgleichrichter geschaltet werden kann, d a d u r c h gekennzeichnet, daß mit einer Schalteinrichtung der von der Gleichstromquelle (14) zu den Schweiß-Elektroden führende Stromkreis unterbrochen oder mit unterschiedlichen ohmschen Widerständen (23, 24) hergestellt und im letzteren Fall eine (32) der drei zu dem Hauptgleichrichter (6) führenden Phasenleitungen unterbrochen werden kann.

2. Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Schalteinrichtung (20, 34, 33) auch eine zweite zu dem Gleichrichter (6) führende Phasenleitung (31) unterbrochen werden kann und dabei die negative Schweißelektrode mit einer (4) der beiden vom Gleichrichter (6) getrennten Drosseln des Transduktors verbunden wird.