DE202013012289U1

DE202013012289U1 - Vorrichtung zum Modulieren der Wärmezufuhr während des Schweißens

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Publication number: DE202013012289U1
Application number: DE202013012289.7U
Authority: DE
Original assignee: LLNCOLN GLOBAL LNC
Current assignee: LLNCOLN GLOBAL LNC
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2023-07-20
Also published as: US20140021182A1; EP2874775A2; US10046410B2; WO2014013323A3; WO2014013323A2; BR112015001244A2; CN104470668A

Abstract

Schweißsystem (100), das Folgendes umfasst: eine Schweißstromversorgung (101), die eine Schweißstromwellenform (200) an eine Schweißelektrode (105) ausgibt; und eine Drahtzufuhrvorrichtung (103), die die Schweißelektrode (105) zu mindestens einem Werkstück (W) führt, das durch die Stromversorgung (101) zu schweißen ist; wobei die Schweißstromwellenform (200) einen ersten Wellenformabschnitt (210) mit einem ersten Stromprofil und einen zweiten Wellenformabschnitt (220) mit einem zweiten Stromprofil hat, wobei das erste Stromprofil von dem zweiten Stromprofil verschieden ist, wobei der erste Wellenformabschnitt (210) eine höhere Wärmezufuhr während des Schweißens liefert als der zweite Wellenformabschnitt (220), und wobei die Drahtzufuhrvorrichtung (103) die Schweißelektrode (105) mit einer ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des ersten Wellenformabschnitts (210) zuführt und mit einer zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des zweiten Wellenformabschnitts (220) zuführt, wobei die erste Drahtzufuhrgeschwindigkeit von der zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit verschieden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Vorrichtungen und Systeme gemäß der Erfindung betreffen das Schweißen, und betreffen genauer gesagt Vorrichtungen und Systeme zum Modulieren der Wärmezufuhr in eine Schweißnaht während des Schweißens.
AUFNAHME DURCH BEZUGNAHME
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verbesserung der Steuerung und Modulation der Wärmezufuhr während des Schweißens. Die Offenbarungen der US-Patente Nr. 4,972,064 und 6,215,100 werden hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Es ist allgemein bekannt, dass die Wärmezufuhr in eine Schweißnaht eine wichtige Überlegung ist. Oft wird ein maximaler Wärmezufuhrgrad bestimm, und dann werden die geeignete Schweißwellenform und die geeigneten Schweißparameter für die Schweißnaht ausgewählt. Jedoch ist es schwierig, diese Parameter oder die Wärmezufuhr während des Schweißens zu ändern. Darüber hinaus ist es schwierig, einen Schweißprozess während des Schweißens an verschiedene Spaltbreiten anzupassen. Dementsprechend wird eine verbesserte Schweißmethodologie benötigt, die diese Probleme beseitigt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System und ein Verfahren zum Schweißen, wobei eine Schweißstromversorgung eine Schweißstromwellenform an eine Schweißelektrode anlegt und eine Drahtzufuhrvorrichtung die Schweißelektrode zu mindestens einem Werkstück führt, das durch die Stromversorgung zu schweißen ist. Die Schweißstromwellenform hat einen ersten Wellenformabschnitt mit einem ersten Stromprofil und einen zweiten Wellenformabschnitt mit einem zweiten Stromprofil, dergestalt, dass das erste Stromprofil von dem zweiten Stromprofil verschieden ist. Des Weiteren liefert der erste Wellenformabschnitt eine höhere Wärmezufuhr während des Schweißens als der zweite Wellenformabschnitt, und die Drahtzufuhrvorrichtung liefert die Schweißelektrode mit einer ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des ersten Wellenformabschnitts und einer zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des zweiten Wellenformabschnitts. Die erste Drahtzufuhrgeschwindigkeit ist von der zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit verschieden. Weitere Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung lassen sich aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen herleiten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben dargelegten und/oder weitere Aspekte der Erfindung werden offenkundiger, indem im Detail beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen Folgendes zu sehen ist:
1 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung eines grundlegenden Schweißsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung einer Schweißwellenform gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung eines weiteren beispielhaften Schweißsystems der vorliegenden Erfindung;
4 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Schweißnaht, die gerade mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, und 4A ist ein repräsentativer Querschnitt einer beispielhaften Schweißfuge; und
5 veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung einer weiteren Schweißwellenform, die gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung generiert wird, in Verbindung mit einem Kurvendiagramm der Drahtzufuhrgeschwindigkeit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun im Folgenden unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verständnis der Erfindung erleichtern und sind nicht dafür gedacht, den Geltungsbereich der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen stets gleiche Elemente.
Wenden wir uns nun den Zeichnungen zu, in denen die Darstellungen nur dem Zweck der Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und nicht zu ihrer Einschränkung dienen. 1 veranschaulicht ein Schweißsystem 100 mit einer Schweißstromversorgung 101, die einen Schweißstrom bereitstellt, der zum Schweißen des Werkstücks W zu verwenden ist. Die Schweißstromversorgung 101 kann von jedem bekannten Typ sein, der in der Lage ist, verschiedene Schweißwellenformprofile zu erzeugen, und in der Lage ist, sowohl in einem „Gleichstrom+”- als auch in einem „Gleichstrom–”-Zustand zu schweißen. Des Weiteren sind beispielhafte Ausführungsformen des Schweißstromversorgung Arten von Stromversorgungen, die in der Lage sind, Impulsschweiß-, Kurzlichtbogenschweiß- und/oder Oberflächenspannungsübertragungsschweißwellenformen zu erzeugen. Ein Beispiel einer solchen Schweißstromversorgung ist das Modell PowerWave^®, hergestellt von The Lincoln Electric Company aus Cleveland, Ohio. Natürlich sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Wie in der beispielhaften Ausführungsform gezeigt, ist ein erster Anschluss der Stromversorgung 101 mit dem Werkstück W über eine Zuleitung 111 gekoppelt, und ein zweiter Anschluss ist mit einer Drahtzufuhrvorrichtung 103 gekoppelt, die die Schweißwellenform und eine Schweißelektrode 105 an eine Kontaktspitze 107 zum Schweißen liefert. Eine solche Konfiguration ist allgemein bekannt und muss hier nicht im Detail beschrieben werden. Des Weiteren ist die Stromversorgung 101 mit der Drahtzufuhrvorrichtung 103 über einen Datenkommunikationslink 113 (der leitungsgebunden oder drahtlos sein kann) gekoppelt, so dass die Stromversorgung 101 die Drahtzufuhrvorrichtung 103 während des Schweißens steuern kann. Insofern enthält die Stromversorgung 101 in beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung eine Computervorrichtung, so dass die Stromversorgung 101 nicht nur ihren eigenen Betrieb steuert, sondern auch den der Drahtzufuhrvorrichtung. Auch diese Art der Steuerung ist allgemein bekannt.
In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Drahtzufuhrvorrichtung 103 von einer Art, die rasch die Drahtzufuhrgeschwindigkeit der Elektrode 105 in Reaktion auf Befehlssignale von der Stromversorgung 101 ändern kann.
Während des Schweißens ist das in 1 gezeigte beispielhafte System in der Lage, während eines Schweißprozesses auf der Basis eines gewünschten Schweißparameters zwischen zwei verschiedenen Schweißwellenformtypen zu wechseln. Zum Beispiel ist es in vielen Schweißanwendungen wünschenswert, von einem Schweißvorgang mit hoher Wärmezufuhr (wie zum Beispiel Impuls- oder Sprühimpulsschweißverfahren oder Sprühübertragungsverfahren mit positiver Polarität und hoher Drahtzufuhrgeschwindigkeit) zu einem Schweißvorgang mit geringer Wärmezufuhr (wie zum Beispiel Kurzlichtbogen-, Oberflächenspannungsübertragungs- oder Kaltmetallübertragungsverfahren mit negativer Polarität und niedriger Drahtzufuhrgeschwindigkeit) wechseln zu können. Dies kann wünschenswert sein, weil sich die Geometrie von Werkstücken oder Schweißfugen ändert oder weil eine Nahtschweißfuge hergestellt werden soll. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Lage, diese Flexibilität während eines Schweißprozesses bereitzustellen.
In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung speist das System 100 eine erste Schweißwellenform in die Elektrode 105 zum Schweißen ein. Diese erste Schweißwellenform ist eine Schweißwellenform mit hoher Wärmezufuhr, wie zum Beispiel eine Impulswellenform, die Stromimpulse zum Übertragen von Tröpfchen von der Elektrode 105 zu dem Werkstück W während des Schweißens verwendet. Während dieses Schweißprozesses wird die Elektrode 105 durch die Drahtzufuhrvorrichtung 103 mit einer ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit zugeführt, die für den laufenden Schweißvorgang geeignet ist. Darüber hinaus hat diese erste Schweißwellenform eine erste Polarität, und da sie eine Wellenform mit hoher Wärmezufuhr ist, ist diese Polarität gewöhnlich positiv. Während des Schweißens kann es aus verschiedenen Gründen wünschenswert sein, dynamisch zu einem Schweißprozess mit geringer Wärmezufuhr umzuschalten. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben dies.
Während des Schweißens bestimmt die Stromversorgung 101 (oder irgendeine sonstige Art von Systemsteuereinheit), dass es erforderlich ist, von einem Schweißprozess mit hoher Wärmezufuhr zu einem Schweißprozess mit geringer Wärmezufuhr umzuschalten. Somit schaltet die Stromversorgung während des Schweißens von der ersten Schweißwellenform zu einer zweiten Schweißwellenform um, die eine Schweißwellenform mit geringer Wärmezufuhr ist. Beispiele solcher Schweißwellenformen mit geringer Wärmezufuhr sind Kaltmetallübertragungs-, Kurzlichtbogen-, Kurzschluss- und Oberflächenspannungsübertragungsschweißen. Zum geeigneten Zeitpunkt schaltet die Stromversorgung 101 von der ersten Schweißwellenform zu einer zweiten Schweißwellenform um, die ein anderes Stromprofil hat und die weiter unten beschrieben wird. Des Weiteren veranlasst die Stromversorgung 101 die Drahtzufuhrvorrichtung 103, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit zu einer anderen Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des zweiten Schweißprozesses zu ändern. Weil es ein Prozess mit geringerer Wärmezufuhr ist, ist die Drahtzufuhrgeschwindigkeit in dem zweiten Schweißprozess langsamer. Des Weiteren hat in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zweite Schweißwellenform (für den Prozess mit geringer Wärmezufuhr) eine entgegengesetzte Polarität zur ersten Schweißwellenform. Wenn zum Beispiel die erste Schweißwellenform eine positive Polarität hat, so kann die zweite Schweißwellenform eine negative Polarität haben. Es ist anzumerken, dass in anderen beispielhaften Ausführungsformen die Schweißwellenformen die gleiche Polarität haben kann, auch wenn ihre relative Wärmezufuhr in die Schweißnaht eine andere ist. Des Weiteren können in weiteren beispielhaften Ausführungsformen eine oder beide der Schweißwellenformen eine Wechselstromwellenform sein, die eine variierende Polarität aufweist. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, dass während des Schweißens die zweite Schweißwellenform (mit geringer Wärmezufuhr) eine Wechselstromwellenform ist. Alternativ kann es wünschenswert sein, dass die Schweißwellenform mit hoher Wärmezufuhr eine Wechselstromwellenform ist, die einen Abschnitt mit entgegengesetzter Polarität aufweist. Es können verschiedene Kombinationen verwendet werden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Wärmezufuhr als Kj/in bestimmt werden, d. h. (Ampere × Volt × 1000)/(Vorschubgeschwindigkeit × 60). In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat ein Abschnitt des Schweißprozesses mit hoher Wärmezufuhr einen höheren Wert für Kj/in als der Abschnitt des Schweißprozesses mit geringer Wärmezufuhr. Auf diese Weise hat ein Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr eine höhere Wärmezufuhr relativ zu dem Abschnitt des Prozesses mit geringer Wärmezufuhr, und der Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr hat eine geringere Wärmezufuhr als der Abschnitt mit höherer Wärmezufuhr. Wie allgemein im vorliegenden Text beschrieben, führen Abschnitte einer Schweißwellenform mit geringerer Wärmezufuhr allgemein zu weniger Einbrand, Brückenspalten und Pfützenaufbau auf dem Werkstück, während eine höhere Wärmezufuhr allgemein den Einbrand vertieft, den Durchbrand verstärkt und die Schweißpfütze weiter ausbreitet oder flacher macht.
2 zeigt eine beispielhafte Schweißwellenform 200, die mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform hat die Wellenform 200 mindestens zwei Wellenformabschnitte 210 und 220. Der Abschnitt 210 ist ein Schweißabschnitt mit hoher Wärmezufuhr, der ein Impulswellenformprofil verwendet. Dieser Abschnitt 201 enthält mehrere Stromimpulse 201, die einen Spitzenstrompegel 203 haben, der durch einen Hintergrundstrom 205 getrennt ist. Des Weiteren hat der Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 eine positive Polarität. Es ist allgemein bekannt, dass Impulsschweißwellenformen der in 2 gezeigten Art (210) einen guten Werkstückeinbrand bewirken und oft zum Schweißen dickerer Werkstücke verwendet werden. Es ist auch allgemein bekannt, dass Wellenformen mit hoher Wärmezufuhr schwierig zu verwenden sein können, wenn man versucht, große Spalte in einer Schweißfuge zu überbrücken. Aufgrund der hohen Wärmepegel dieser Arten von Schweißprozessen kann die Elektrode 105 des Weiteren mit einer relativ hohen Drahtzufuhrgeschwindigkeit, zum Beispiel 500 ipm, vorangeschoben werden.
Während des Schweißens wird bestimmt, dass die Schweißwellenform 200 von einer Wellenform mit hoher Wärmezufuhr zu einer Wellenform mit geringer Wärmezufuhr geändert werden soll. Somit ändert die Stromversorgung 101 während des Hintergrundstroms 205 am Punkt 211 die Wellenform von dem ersten Abschnitt 210 zu einem Wellenformabschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220. In der gezeigten Ausführungsform ist der Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr 210 eine Gleichstrom-STT(Surface Tension Transfer)-Wellenform. Eine detaillierte Besprechung dieser Arten von Schweißwellenformen findet sich in den US-Patenten Nr. 4,972,064 und 6,215,100 , deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen werden und die hier nicht wiederholt werden müssen. Natürlich ist eine STT-Wellenform, wie oben angesprochen, nur ein Beispiel einer Schweißwellenform mit geringer Wärmezufuhr, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Wie in 2 gezeigt, wechselt in dieser Ausführungsform die Stromversorgung 101 nicht nur zu einer neuen Art von Schweißwellenform, sondern wechselt auch die Polarität für den Wellenformabschnitt 220 zu Gleichstrom–. Nach dem Wechsel der Polarität kann der Strom entweder einen Hintergrundpegel 222 für den Abschnitt 220 erreichen oder kann direkt zu einem Kurzschlussereignis 229 gehen, wenn die Elektrode 105 einen Kontakt zu der Schweißpfütze herstellt. Nachdem das Kurzschlussereignis detektiert wurde, wird ein STT-Impulsereignis 221 ausgelöst. Das Impulsereignis enthält einen Abschnürstrom 223, der bereitgestellt wird und die Elektrode 105 veranlasst, sich oberhalb einer schmelzflüssigen Kugel abzuschnüren, was bei 225 eintritt. Darum sinkt der Strom, um Schweißspritzer zu verhindern, auf einen niedrigen Pegel 226, bevor er in einem Plasmaverstärkungsimpuls 227 wieder zunimmt. Nach dem Verstärkungsimpuls 227 klingt der Strom auf den Hintergrundstrom 222 aus 228, bis das nächste Kurzschlussereignis eintritt, und dies wird wiederholt, bis die Wellenform 200 zurück zu einem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 geändert wird. Der Wellenformabschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220 wird allgemein für flachere Schweißnähte verwendet, wo zu viel Einbrand ein Problem darstellen kann, und/oder wird zum Ausfüllen eines breiteren Spalt verwendet. Weil der Prozess kälter ist, kann es zu einer Kaltüberlappung der Schweißpfütze über der Schweißfuge kommen, was keinen signifikanten Einbrand erbringt, aber einen breiteren Spalt bedecken kann.
Zur selben Zeit, wo die Stromversorgung 101 zwischen den Wellenformabschnitten 210/220 wechselt, veranlasst die Stromversorgung 101 die Drahtzufuhrvorrichtung 103, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit von der ersten Geschwindigkeit zu einer zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit zu ändern. Weil der Wellenformabschnitt 220 ein Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr ist, ist die Drahtzufuhrgeschwindigkeit mit geringer Wärmezufuhr langsamer als der Wellenformabschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210. Zum Beispiel kann die Drahtzufuhrgeschwindigkeit ungefähr 100 ipm betragen.
Natürlich ist zu beachten, dass 2 zwar den Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 vor dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220 zeigt, dass aber die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Reihenfolge beschränkt sind. In Ausführungsformen der Erfindung kann die Wellenform 200 sogar zwischen Wellenformabschnitten mit hoher Wärmezufuhr (210) und Wellenformabschnitten mit geringer Wärmezufuhr (220) hin und her wechseln.
Beim Schweißen bestimmter Arten von Schweißfugen kann es vorteilhaft sein, eine Nahtschweißfuge zu erzeugen, die sowohl Einbrand in die Schweißfuge aufweist als auch einen ziemlich breiten Spalt ausfüllt. Anstatt dies mit mehreren Durchgängen über der Schweißfuge auszuführen, ist es vorteilhaft, die Schweißnaht mit so wenigen Durchgängen wie möglich zu vollenden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen dies durch Kombinieren von zwei verschiedenen Schweißprozessen zu einem einzelnen Schweißvorgang, wo Schweißprozesse sowohl mit hoher Wärmezufuhr als auch mit geringer Wärmezufuhr verwendet werden können, um eine hybride Schweißfuge zu erzeugen, die die Vorteile von Schweißprozessen sowohl mit hoher Wärmezufuhr als auch mit geringer Wärmezufuhr aufweist.
Auf diese Weise kann die Stromversorgung 101 in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung häufig intermittierend zwischen Schweißwellenformen mit hoher und geringer Wärmezufuhr hin und her wechseln, um ein gewünschtes Schweißraupenprofil zu erreichen. Das lässt sich auf verschiedene Weise bewerkstelligen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen überwacht die Stromversorgung 101 (über ihren CPU-Controller oder dergleichen) die Zeitdauer eines jeden der Abschnitte des Schweißvorgangs mit geringer und hoher Wärmezufuhr und schaltet zwischen ihnen auf der Basis der bestimmten Zeitspannen hin und her. Zum Beispiel schweißt die Stromversorgung 101 mit dem Abschnitt der Wellenform mit hoher Wärmezufuhr über eine erste Zeitdauer und schaltet dann zu dem Abschnitt der Wellenform mit geringer Wärmezufuhr über eine zweite Dauer. Die zweite Dauer kann die gleiche sein wie die erste Dauer, oder kann von dieser verschieden sein. Des Weiteren kann – in Abhängigkeit von dem gewünschten Schweißraupenprofil – die zweite Dauer nach Bedarf entweder länger oder kürzer als die erste sein. Zum Beispiel kann die Stromversorgung in Ausführungsformen der Erfindung mit dem Abschnitt der Wellenform mit hoher Wärmezufuhr über eine Dauer im Bereich von 50 bis 2000 ms schweißen und dann zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr über eine Dauer von 50 bis 2000 ms wechseln. Diese Bereiche sollen lediglich beispielhaft sein und können oft von der Fähigkeit der Drahtzufuhrvorrichtung, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit zu ändern, abhängen, die möglicherweise nicht so schnell reagiert wie eine Schweißstromversorgung.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Stromversorgung 101 auf der Basis einer detektierten Anzahl von Ereignissen zwischen den Schweißvorgängen mit hoher und mit geringer Wärmezufuhr hin und her wechseln. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 101 nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen 201 von dem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr wechseln. Das heißt, während des Schweißens zählt die Stromversorgung 101 die Anzahl der Impulse, und nach einer bestimmten Anzahl N von Impulsen schaltet die Stromversorgung zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr der Wellenform 200 um, und dann schaltet die Stromversorgung 101, nachdem eine bestimmte Anzahl X von Kurzschlussereignissen 229 detektiert wurde, zurück zu dem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 der Wellenform 200. Die Dauer und/oder die Anzahl der detektierten Ereignisse, die zum Bestimmen des Umschaltpunktes 211 zwischen Wellenformabschnitten 210/220 verwendet werden, können auf verschiedene Weise durch die Stromversorgung 101 bestimmt werden. Zum Beispiel können, auf der Basis von Nutzereingaben in die Stromversorgung 101, Zustandstabellen, Nachschlagetabellen, Algorithmen oder dergleichen verwendet werden, um die Dauer oder die Anzahl von Ereignissen für jeden der Wellenformabschnitte zu bestimmen. In beispielhaften Ausführungsformen können vom Nutzer eingegebene Daten im Zusammenhang mit der gewünschten Wärmezufuhr, der Schweißfugengeometrie oder Schweißfugendetails, der Drahtzufuhrgeschwindigkeit und dergleichen durch die Stromversorgung verwendet werden, um das zweckmäßige Verhältnis von Schweißen mit hoher Wärmezufuhr und Schweißen mit geringer Wärmezufuhr für eine gegebene Schweißnaht zu bestimmen.
Die Verhältnisse von hoher zu geringer Wärmezufuhr, die durch beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können auf der Basis der verschiedenen Schweißprofile und -parameter variieren. Die Verhältnisse sind allgemein für den gerade ausgeführten Schweißvorgang zu optimieren.
Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine signifikante Vielseitigkeit bei den Schweißarten realisieren, die in einem einzelnen Schweißdurchgang ausgeführt werden können. Zum Beispiel überbrückt während solcher Schweißarbeiten das Schweißen mit geringer Wärmezufuhr den Schweißfugenspalt und erzeugt eine relativ kalte Schweißpfütze, dringt aber nicht sonderlich tief in den Grundwerkstoff ein. Jedoch können die Impulse des Abschnitts des Schweißprozesses mit hoher Wärmezufuhr einen Lichtbogen außerhalb der kalten Pfütze (die durch den Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr erzeugt wurde) bilden, was einen Teil der Einbrandtiefe dieser Impulse begrenzen kann, aber es führt dazu, dass der Lichtbogen breiter ist als der Lichtbogen beim Schweißen mit geringer Wärmezufuhr, und kann einen guten Einbrand in die Seitenwände der Fuge bewirken. Das heißt, ein Teil der Einbrandleistung der Impulse mit hoher Wärmezufuhr kann auf die Seitenwände der Fuge gerichtet werden, um eine Schweißraupe zu bilden, die gute Spaltfüllungseigenschaften und einen verbesserten Einbrand aufweist.
3 zeigt eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Schweißsystems 300 der vorliegenden Erfindung. Dieses System 300 ähnelt dem in 1 gezeigten System 100 und funktioniert allgemein in der gleichen Weise. Jedoch verwendet diese Ausführungsform auch ein Spaltüberwachungssystem 303 und/oder einen Werkstückdickendetektor 307, die eine Rückmeldung an eine Systemsteuereinheit 301 senden, die mit der Stromversorgung 101 gekoppelt ist. Die Systemsteuereinheit 301 kann jede beliebige Art von Computervorrichtung sein, die in der Lage ist, Rückkopplungssignale zu empfangen, sie zu verarbeiten und die Informationen, mit oder ohne Steuerungsbefehle, an die Stromversorgung 101 zu übermitteln, die ihrerseits die Schweißwellenform 200 entsprechend modifiziert. Es ist anzumerken, dass zwar die Systemsteuereinheit 301 von der Stromversorgung 101 getrennt gezeigt ist, dass die Steuereinheit 301 in anderen beispielhaften Ausführungsformen aber auch in die Stromversorgung 301 integriert sein kann und keine separate Vorrichtungsstruktur sein muss.
Das Spaltüberwachungssystem 303 arbeitet mit einem Spaltgeometrie- oder -breitendetektor 305, der Schwankungen einer Spaltbreite oder -geometrie der Schweißfuge während des Schweißens detektieren und diese Detektierungen an die Systemsteuereinheit 301 übermitteln kann. Der Sensor 305 und das System 303 können jede beliebige Art von System sein, das in der Lage ist, physische Eigenschaften der Schweißfuge stromaufwärts des Schweißvorgangs zu verfolgen, um die Geometrie des Schweißfugenspalts vor dem Schweißen zu bestimmen. Zu Beispielen solcher Systeme gehören kameragestützte Systeme, die visuell den Spalt überwachen, und/oder lasergestützte Fugenbeobachtungssysteme, die einen Laserstrahl zum Überwachen von Veränderungen der Spaltform oder -geometrie verwenden. Solche Systeme sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht im Detail besprochen zu werden.
Während des Schweißens überwacht das System 303 die Spaltbreite oder jedes sonstige gewünschte geometrische Merkmal der Schweißfuge und übermittelt die detektierten Informationen an die Steuereinheit 301. Wenn eine Änderung der Geometrie der Fuge detektiert wird (zum Beispiel eine Änderung der Spaltbreite), so übermittelt die Steuereinheit 301 diese Informationen an die Stromversorgung 101, die dann die Wellenform 200 entsprechend den Erfordernissen modifiziert. Unter Verwendung dieser Informationen kann die Stromversorgung von dem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220 der Wellenform 200 (oder umgekehrt) auf der Basis der detektierten Geometrieveränderung wechseln. Wenn zum Beispiel detektiert wird, dass die Fugenspalt größer geworden ist, so kann die Stromversorgung 101 die Wellenform von dem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220 der Wellenform ändern, um ein ordnungsgemäßes Schweißen des vergrößerten Spalts sicherzustellen. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Stromversorgung 101 das Verhältnis des Abschnitts mit hoher Wärmezufuhr 210 zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220 der Wellenform 200 so justieren, dass das gewünschte Schweißraupenprofil erreicht wird. Als ein Beispiel kann die Wellenform 200 während des Schweißens ein solches Verhältnis haben, dass die jeweiligen Zeitspannen eines jeden der Abschnitte mit hoher und mit geringer Wärmezufuhr die gleichen sind, d. h. ein 50/50-Verhältnis haben. Wenn dann eine Spaltverbreiterung detektiert wird, so wird das Verhältnis der Zeitspannen so justiert, dass der Änderung der Spaltbreite entsprechend Rechnung getragen wird. Auch hier kann die Wellenform 200 so geändert werden, dass die Dauer des Abschnitts mit geringer Wärmezufuhr 220 größer ist als die Dauer des Abschnitts mit hoher Wärmezufuhr. In ähnlicher Weise kann, wenn die detektierte Spaltbreite kleiner wird, die Stromversorgung 101 die Wellenform 200 so justieren, dass die Raupe schmaler wird, indem die Dauer der Abschnitte mit geringer Wärmezufuhr 220 der Wellenform 200 verkürzt wird. Dank einer solchen Vielseitigkeit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dynamisch während des Schweißens Varianzen und Veränderungen der Schweißfugengeometrie kompensieren. Diese Vielseitigkeit kann den Werkstückdurchsatz deutlich erhöhen.
Gleichermaßen kann in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die detektierte Dicke des einen oder der mehreren Werkstücke an der Schweißfuge durch das System 300 dafür genutzt werden, die Wellenform 200 nach Wunsch zu modifizieren. Während des Schweißens detektiert ein Dickensensor 307 die Dicke einer Schweißfuge und übermittelt diese Informationen an die Steuereinheit 301, und die Dickeninformation wird durch die Stromversorgung 101 dafür verwendet, die Wellenform 200 entsprechend zu ändern. Wenn zum Beispiel während des Schweißens eine Dickenzunahme detektiert wird, so kann die Stromversorgung 101 die Wellenform 200 so justieren, dass die Dauer der Abschnitte mit hoher Wärmezufuhr 210 verlängert wird. Durch Verlängern der Abschnitte mit hoher Wärmezufuhr 210 kann ein tieferer Einbrand erreicht werden. Gleichermaßen kann, wenn eine Dicke während des Schweißens abnimmt, die Dauer der Abschnitte mit hoher Wärmezufuhr verkürzt werden, um den Einbrand zu reduzieren.
Der Dickensensor 307 kann jede beliebige Art von Sensor sein, der in der Lage ist, die Dicke des einen oder der mehreren Werkstücke W während des Schweißens zu detektieren und diese Daten an die Steuereinheit 301 zu übermitteln, um durch die Stromversorgung 101 verwendet zu werden. Es kann ein Kontaktsensor oder ein kontaktfreier Sensor sein. Zum Beispiel kann der Sensor 307 von einer Art sein, die einen physischen Kontakt auf beiden Seiten des Werkstücks herstellt und anhand dessen bestimmen kann, dass eine Änderung der Dicke während des Schweißprozesses stattgefunden hat. Solche Arten von Sensoren sind ebenfalls allgemein bekannt und brauchen hier nicht im Detail besprochen zu werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind darum in der Lage ist, die bereitgestellte Schweißwellenform während des Schweißens auf der Basis der detektierten Schweißfugengeometrie zu justieren und zwischen zwei verschiedenen Schweißwellenformtypen zu wechseln, um ein gewünschtes Schweißraupenprofil zu erreichen.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können – zusätzlich zum Ändern der jeweiligen Zeitspannen der Abschnitte mit hoher und mit geringer Wärmezufuhr der Wellenform – die Stromversorgung 101 und/oder die Steuereinheit 301 die Spitzenströme, die Frequenz, die Stromspitzenzeitspannen oder sonstige Aspekte der Wellenformabschnitte 210/220 entsprechend den Erfordernissen ändern, um das gewünschte Schweißfugenprofil zu erreichen. Wenn zum Beispiel auf der Basis der detektierten Geometrie oder Dicke der Fuge bestimmt wird, dass zusätzlicher Einbrand benötigt wird, so kann die Stromversorgung 101 den Spitzenstrom für die Impulse 201 des Abschnitts mit hoher Wärmezufuhr 210 erhöhen, um einen tieferen Einbrand herbeizuführen, oder wenn das Fugenvolumen vergrößert wird (und durch irgend einen Sensormechanismus detektiert wird oder vorprogrammiert ist), so kann der Detektor die Steuereinheit anweisen, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, um die Fuge auszufüllen. Alternativ kann das Verhältnis von hoher Wärmezufuhr zu geringer Wärmezufuhr vergrößert werden, wobei der Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr eine höhere Drahtzufuhrgeschwindigkeit hat als der Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr, um mehr Füllmaterial in die Schweißfuge zu geben.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform verwendet die Systemsteuereinheit 301 oder die Stromversorgung 101 Echtzeitrückmeldungsinformationen bezüglich der Geometrie oder Dicke der Schweißfuge während des Schweißens. Das heißt, während der Schweißvorgang voranschreitet, werden die detektierten Parameter an die Steuereinheit 310 übermittelt, um die Wellenform 200 entsprechend zu justieren. Jedoch muss die Echtzeitrückmeldung in anderen beispielhaften Ausführungsformen nicht unbedingt erforderlich sein. Vielmehr kann die Schweißfugengeometrie vor dem Schweißen abgebildet werden. Das heißt, vor dem Beginn des Schweißvorgangs kann die Geometrie der Schweißfuge (unter Verwendung ähnlicher Geometrie- und Dickendetektionsvorrichtungen) abgebildet werden, und die abgebildeten Parameter können vor dem Beginn des Schweißvorgangs in der Systemsteuereinheit 301 gespeichert und verarbeitet werden. Dann kann die Systemsteuereinheit 301 die abgebildeten Daten verwenden, um die gewünschte Schweißwellenform 200 unter Berücksichtigung jeglicher Änderungen bei Geometrie, Dicke oder Fugenvolumen zu erzeugen und sicherzustellen, dass die richtigen Wellenformabschnitte 210/220 an den entsprechenden Punkten auf der Schweißfuge zum Einsatz kommen. Des Weiteren kann die Systemsteuereinheit 301 die abgebildeten Informationen bezüglich der Schweißfuge auswerten und bestimmen, ob es irgendwelche Probleme oder Anomalien an der Schweißfuge gibt, die das Ausführen einer korrekten Schweißnaht verhindern würden. Wenn zum Beispiel ein detektierter Spalt zu breit zum Schweißen ist, so kann die Systemsteuereinheit 301 einen Nutzer auf die Anomalie aufmerksam machen.
In einer weiteren Ausführungsform können die Schweißfugengeometrie (zum Beispiel die Spaltbreite) und/oder die Dicke durch einen Nutzer so vorprogrammiert werden, dass die Steuereinheit 301 und die Stromversorgung 101 die Informationen verwenden können, um die geeignete Schweißwellenform 200 für den Schweißvorgang zu erzeugen.
Darum können mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Schweißfugen mit variierenden Geometrien und variierender Dicke auf relativ einfache Weise mit einem einzigen Schweißvorgang geschweißt werden.
Es können verschiedenen Steuerungsmethodologien durch die Stromversorgung 101 genutzt werden, um die Erzeugung der Wellenform 200 während des Schweißens zu steuern. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 101 Zustandstabellen, Algorithmen, Nachschlagetabellen oder andere geeignete Steuerungsmethodologien verwenden, um die geeignete Wellenform 200, die für den Schweißvorgang erforderlich ist, zu bestimmen und zu implementieren. Solche Steuerungs- und Programmierungsmethodologien sind allgemein bekannt und brauchen im vorliegenden Text nicht im Detail beschrieben zu werden.
In den oben dargelegten Ausführungsformen ist anzumerken, dass die Steuereinheit 301 und/oder die Stromversorgung 101 die Drahtzufuhrvorrichtung 103 zweckmäßig so steuern, dass die richtige Drahtzufuhrgeschwindigkeit während jedes der jeweiligen Abschnitte mit hoher und mit geringer Wärmezufuhr 220/210 der Wellenform 200 bereitgestellt wird. Ein Beispiel davon ist in 5 gezeigt. Wie gezeigt, sinkt die Drahtzufuhrgeschwindigkeit von einer höheren Geschwindigkeit auf eine niedrigere Geschwindigkeit, wenn die Wellenform 200 von dem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220 übergeht. Gleichermaßen wird, wenn von einem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr 220 zu einem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr 210 gewechselt wird, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit entsprechend den Erfordernissen erhöht.
Wie im vorliegenden Text beschrieben, werden bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verschiedene Wellenformattribute, darunter Polarität und Stromprofile, zusammen mit der Drahtzufuhrgeschwindigkeit geändert, um ein gewünschtes oder optimiertes Wärmezufuhrverhältnis (von hoher zu geringer Wärmezufuhr) zu erreichen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden die Änderungen der Schweißwellenform (zum Beispiel der Polarität) im selben Moment vorgenommen, wo die Änderung der Drahtzufuhrgeschwindigkeit ausgelöst oder initiiert wird. Jedoch ist anzumerken, dass in einigen Anwendungen die Änderung der Drahtzufuhrgeschwindigkeit nicht so rasch eintritt wie Änderungen der Schweißwellenform. Zum Beispiel ist allgemein anzumerken, dass es eine gewisse Latenz zwischen dem Auslösen einer Änderung der Drahtzufuhrgeschwindigkeit und dem Ändern der tatsächlichen Geschwindigkeit des Drahtes am Werkstück gibt. Darum wird in einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die tatsächliche Drahtzufuhrgeschwindigkeit am (oder nahe dem) Werkstück überwacht, und die Änderung der Schweißwellenform wird erst ausgelöst, nachdem die detektierte tatsächliche Drahtzufuhrgeschwindigkeit einen Schwellenwert erreicht. Darum wechselt in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Stromversorgung erst dann die Polaritäten der Schweißwellenform, wenn die detektierte Drahtzufuhrgeschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Prozentsatzes der angewiesenen oder Soll-Drahtzufuhrgeschwindigkeit liegt. Wenn zum Beispiel ein Schweißvorgang mit geringer Wärmezufuhr im Gang ist und es gewünscht wird, zu einem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr (mit einer Änderung der Polarität) umzuschalten, so wird die Änderung in dem System initiiert, aber die Stromversorgung schaltet erst dann die Polaritäten um, wenn die detektierte Drahtzufuhrgeschwindigkeit innerhalb von 70% der gewünschten erhöhten Drahtzufuhrgeschwindigkeit liegt, die mit dem Abschnitt mit hoher Wärmezufuhr der Schweißnaht verwendet wird. In anderen Ausführungsformen kann die Änderung initiiert werden, wenn die Geschwindigkeit innerhalb von 80% der Soll-Drahtzufuhrgeschwindigkeit liegt. Natürlich kann das Gleiche implementiert werden, wenn von einem Abschnitt der Wellenform mit hoher Wärmezufuhr (und hoher Geschwindigkeit) abwärts zu einem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr (niedriger Geschwindigkeit) übergegangen ist. Solche Ausführungsformen stellen sicher, dass die Schweißwellenform zwischen den Abschnitten der Schweißwellenform mit hoher und mit geringer Wärmezufuhr geändert wird, wenn die detektierte Drahtzufuhrgeschwindigkeit bei oder nahe der gewünschten Geschwindigkeit für den nächsten Abschnitt der Schweißwellenform liegt. Drahtzufuhrgeschwindigkeitsdetektionsmechanismen sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht im Detail besprochen zu werden.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann – zusätzlich zum Ändern der Wellenform 200 und der Drahtzufuhrgeschwindigkeit – die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißvorgangs entsprechend den Erfordernissen vergrößert oder verringert werden, um das gewünschte Schweißraupenprofil zu erhalten. Zum Beispiel können, wie oben angedeutet, Vorschubgeschwindigkeit und Wärmezufuhr auf der Basis von Veränderungen des Fugenvolumens geändert werden.
4 zeigt einen beispielhaften Schweißvorgang, wobei der Schweißfugenspalt G eine variierende Dicke hat. Wie gezeigt, hat die Schweißfuge eine erste Spaltdicke G1, die breiter als eine zweite Spaltdicke G2 ist. Während des Schweißens detektiert der Sensor 305 die Änderung der Spaltbreite und übermittelt diese Änderung an die Steuereinheit 301 und/oder die Stromversorgung 101, so dass die Stromversorgung 101 die Wellenform 200 zweckmäßig für die detektierte Spaltänderung justiert. Somit ändert die Stromversorgung 101 die Wellenform 200, um die detektierte Spaltbreitenänderung zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann die Stromversorgung eine Änderung des Verhältnisses des Schweißens mit hoher Wärmezufuhr zum Schweißen mit geringer Wärmezufuhr initiieren, um die Änderung der Fuge zu kompensieren, oder kann die relativen Zeitspannen eines jeden der Abschnitte mit hoher und mit geringer Wärmezufuhr der Wellenform ändern, um das gewünschte Schweißraupenprofil zu erreichen. Es ist bekannt, dass sich oft eine Fuge schließt, während die Fuge geschweißt wird. Dies kann an der Verfestigung von Schweißmetall liegen, was die Fuge zuzieht. Die in 4 gezeigte beispielhafte Ausführungsform kann dafür verwendet werden, dieses Schließen der Fuge zu detektieren und somit eine Änderung des Verhältnisses von hoher Wärmezufuhr zu geringer Wärmezufuhr zu bewirken, um das Schließen des Spalts zu kompensieren. Eine solche Kompensation kann gegebenenfalls eine Änderung der Metallübertragungsfunktion oder Polarität der Wellenform enthalten, braucht aber nur einen Wechsel von der hohen Wärmezufuhr (über eine hohe Drahtzufuhrgeschwindigkeit) zu der geringen Wärmezufuhr (über eine niedrige Drahtzufuhrgeschwindigkeit) zu bewirken, sowie sonstige geeignete Veränderungen der Schweißwellenformparameter, wie zum Beispiel Strom, Spannung usw.
Außerdem ist in 4 die Fähigkeit des Schweißvorgangs gezeigt, sich seitlich über den Schweißspalt G zu bewegen. Eine solche Bewegung kann dafür verwendet werden, ein „Webe”-Schweißmuster zu erzeugen. Schweißvorgänge, die eine seitliche Bewegung ausführen, sind bekannt und werden im vorliegenden Text nicht im Detail besprochen. Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die seitliche Positionierung der Kontaktspitze 107 und/oder des Drahtes 105 relativ zur Mittellinie des Spalts G verwenden, um die Wärmezufuhr in die Schweißnaht zu steuern. Zum Beispiel können einige beispielhafte Ausführungsformen den Sensor 305 verwenden, um die seitliche Positionierung der Kontaktspitze 107 (oder Elektrode 105) mit Bezug auf den Spalt zu bestimmen und auf der Basis dieser seitlichen Positionierung zwischen Schweißvorgängen mit hoher Wärmezufuhr und Schweißvorgängen mit geringer Wärmezufuhr wechseln. Des Weiteren kann in Schweißvorgängen, die voll- oder halbautomatisiert sind, die seitliche Positionierung über die Programmierung der Bewegungsmechanismen und/oder der Schlittenvorrichtung bekannt sein, und darum können diese Positionsinformationen durch das System dafür genutzt werden, die seitliche Position der Spitze 107 oder des Drahtes 105 während des Schweißens zu bestimmen. Auf der Basis der seitlichen Positionierung kann das System den Schweißvorgang zwischen Vorgängen mit hoher und Vorgängen mit geringer Wärmezufuhr hin und her wechseln, um das gewünschte Schweißraupenprofil zu erreichen. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, die Schweißvorgänge mit hoher Wärmezufuhr zu verwenden, wenn sich der Draht 105 in oder nahe der Mitte des Spalts G befindet, was der tiefste Teil der Schweißfuge sein und die meiste Füllung erfordern kann; und wenn sich dann der Draht 105 den Rändern des Spalts nähert, so kann der Schweißvorgang von dem Vorgang mit hoher Wärmezufuhr zu dem Vorgang mit geringer Wärmezufuhr wechseln. Wenn zum Beispiel, wie in 4A gezeigt, die Elektrode 105 in oder innerhalb einer Distanz X von der Mittellinie des Spalts G positioniert wird, so verwendet der Schweißvorgang Vorgang mit hoher Wärmezufuhr, und wenn die Elektrode 105 außerhalb der Distanz X liegt, so verwendet der Schweißvorgang ein Profil mit geringer Wärmezufuhr. In einigen beispielhaften Ausführungsformen beträgt die Distanz X von der Mittellinie 25% der Gesamtspaltbreite GW. In anderen beispielhaften Ausführungsformen beträgt die Distanz X 40% der Gesamtspaltbreite GW.
Alternativ kann eine entgegengesetzte Schweißmethodologie verwendet werden, um verstärkten Einbrand in den Seitenwänden einer Fuge zu erhalten. Genauer gesagt, und mit erneutem Bezug auf 4A, kann innerhalb der Distanz X von der Mittellinie ein Profil mit geringer Wärmezufuhr verwendet werden, um das Überbrücken jeglicher vorhandener Spalte zwischen den Werkstücken zu unterstützen. Wenn sich jedoch die Elektrode 105 nach außerhalb der Distanz X verschiebt, so wird ein Profil mit hoher Wärmezufuhr verwendet, um den Einbrand in die Seitenwände der Fuge zu verstärken. Darum erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein höheres Maß an Flexibilität beim Steuern des Einbrands und der Wärmezufuhr in eine Schweißfuge.
Gleichermaßen können Verfahren zum Steuern auf der Basis der Tiefe der Schweißfuge unter der Elektrode 105 während des Schweißens verwendet werden. Wenn zum Beispiel das System am tiefsten Punkt der Schweißfuge schweißt, so hat der Schweißvorgang ein Schweißprofil mit hoher Wärmezufuhr. Im weiteren Verlauf der seitlichen Bewegung, wenn die Tiefe der Schweißfuge flach wird, kann die Tiefe der Fuge während des Schweißens detektiert werden, so dass, wenn die Schweißfuge flacher wird und eine Tiefenschwelle erreicht, das System zu dem Abschnitt mit geringer Wärmezufuhr des Schweißvorgangs wechselt. Diese Tiefenschwelle kann vorprogrammiert sein oder kann durch einen Nutzer eingegeben werden. Natürlich kann in anderen Ausführungsformen das Schweißen mit geringer Wärmezufuhr am tiefsten Abschnitt der Schweißfuge verwendet werden, und das Schweißen mit hoher Wärmezufuhr kann initiiert werden, wenn die Tiefe der Schweißfuge die vorgegebene Tiefenschwelle passiert hat.
Obgleich die Erfindung speziell mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Dem Durchschnittsfachmann leuchtet ein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

100: Schweißsystem
101: Schweißstromversorgung
103: Drahtzufuhrvorrichtung
105: Schweißelektrode
107: Kontaktspitze
111: Zuleitung
113: Datenkommunikationslink
200: Schweißwellenform
201: Abschnitt
203: Spitzenstrompegel
205: Hintergrundstrom
210: Wellenformabschnitt
211: Punkt
220: Wellenformabschnitt
221: Impulsereignis
222: Hintergrundpegel
223: Abschnürstrom
225: Punkt
226: niedriger Pegel
227: Plasmaverstarkungsimpuls
228: Strom klingt aus
229: Kurzschlussereignis
300: Schweißsystem
301: Steuereinheit
303: Überwachungssystem
305: Sensor
307: Werkstückdickendetektor
G: Fugenspalt
GW: Spaltbreite
G1: erste Spaltdicke
G2: zweite Spaltdicke
N: Anzahl
W: Werkstück
X: Distanz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4972064 [0002, 0019]
US 6215100 [0002, 0019]

Claims

Schweißsystem (100), das Folgendes umfasst: eine Schweißstromversorgung (101), die eine Schweißstromwellenform (200) an eine Schweißelektrode (105) ausgibt; und eine Drahtzufuhrvorrichtung (103), die die Schweißelektrode (105) zu mindestens einem Werkstück (W) führt, das durch die Stromversorgung (101) zu schweißen ist; wobei die Schweißstromwellenform (200) einen ersten Wellenformabschnitt (210) mit einem ersten Stromprofil und einen zweiten Wellenformabschnitt (220) mit einem zweiten Stromprofil hat, wobei das erste Stromprofil von dem zweiten Stromprofil verschieden ist, wobei der erste Wellenformabschnitt (210) eine höhere Wärmezufuhr während des Schweißens liefert als der zweite Wellenformabschnitt (220), und wobei die Drahtzufuhrvorrichtung (103) die Schweißelektrode (105) mit einer ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des ersten Wellenformabschnitts (210) zuführt und mit einer zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des zweiten Wellenformabschnitts (220) zuführt, wobei die erste Drahtzufuhrgeschwindigkeit von der zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit verschieden ist.
Schweißsystem nach Anspruch 1, wobei das erste Stromprofil eine andere Polarität als das zweite Stromprofil hat, wobei bevorzugt das erste Stromprofil ein positives Stromprofil ist und das zweite Stromprofil ein negatives Stromprofil ist.
Schweißsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines des ersten und des zweiten Stromprofils ein Wechselstromprofil ist.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Drahtzufuhrgeschwindigkeit schneller als die zweite Drahtzufuhrgeschwindigkeit ist.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Stromprofil ein Impulsstromprofil ist; und/oder wobei das zweite Stromprofil ein Oberflächenspannungsübertragungsstromprofil ist.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stromversorgung das erste Stromprofil nur während eines Hintergrundstrompegels des ersten Stromprofils zu dem zweiten Stromprofil ändert.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stromversorgung mindestens eines des ersten und des zweiten Stromprofils über eine Dauer von 50 bis 2000 ms beibehält, bevor zu dem anderen des ersten bzw. zweiten Stromprofils gewechselt wird.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das des Weiteren eine Geometrieüberwachungsvorrichtung umfasst, die mit der Stromversorgung (101) gekoppelt ist und eine Geometrie einer Schweißfuge und/oder eine Dicke des mindestens einen Werkstücks (W) überwacht, und wobei die Stromversorgung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil auf der Basis einer detektierten Änderung der Geometrie der Schweißfuge und/oder der Dicke umschaltet.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Stromversorgung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil auf der Basis einer seitlichen Position der Schweißelektrode (105) relativ zu einer Mittellinie einer Schweißfuge umschaltet, wobei bevorzugt die Stromversorgung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil umschaltet, wenn bestimmt wird, dass die seitliche Position mindestens 25% einer Schweißfugenspaltbreite (GW) von der Mittellinie liegt.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Stromversorgung (101) nur dann zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil umschaltet, wenn detektiert wird, dass die Drahtzufuhrvorrichtung (103) die Schweißelektrode (105) innerhalb von 70% einer gewünschten Drahtzufuhrgeschwindigkeit zuführt.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Stromversorgung eine Wärmezufuhr in das mindestens eine Werkstück durch Steuern eines Verhältnisses zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenformabschnitt regelt, wobei die Stromversorgung bevorzugt die Wärmezufuhr auf der Basis mindestens einer Schweißfugengeometrie regelt.
Schweißsystem, ausgestaltet zum: Übertragen einer Schweißstromwellenform (200) zu einer Schweißelektrode (105); und Zuführen der Schweißelektrode (105) zu mindestens einem zu schweißenden Werkstück (W) mit der Schweißstromwellenform (200); wobei die Schweißstromwellenform (200) einen ersten Wellenformabschnitt (210) mit einem ersten Stromprofil und einen zweiten Wellenformabschnitt (220) mit einem zweiten Stromprofil hat, wobei das erste Stromprofil von dem zweiten Stromprofil verschieden ist, wobei der erste Wellenformabschnitt (210) eine höhere Wärmezufuhr während des Schweißens liefert als der zweite Wellenformabschnitt (220), und wobei die Schweißelektrode (105) mit einer ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des ersten Wellenformabschnitts (210) zugeführt wird und mit einer zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit während des zweiten Wellenformabschnitts (220) zugeführt wird, wobei die erste Drahtzufuhrgeschwindigkeit eine andere, und insbesondere schneller, als die zweite Drahtzufuhrgeschwindigkeit ist.
Schweißsystem nach Anspruch 12, wobei das erste Stromprofil eine andere Polarität als das zweite Stromprofil hat; wobei das erste Stromprofil ein positives Stromprofil ist und das zweite Stromprofil ein negatives Stromprofil ist; und/oder wobei mindestens eines des ersten und des zweiten Stromprofils ein Wechselstromprofil ist.
Schweißsystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei das erste Stromprofil ein Impulsstromprofil ist; und/oder wobei das zweite Stromprofil ein Oberflächenspannungsübertragungsstromprofil ist; und/oder wobei der Wechsel von dem ersten Stromprofil zu dem zweiten Stromprofil nur während eines Hintergrundstrompegels des ersten Stromprofils stattfindet; und/oder das des Weiteren umfasst, mindestens eines des ersten und des zweiten Stromprofils über eine Dauer von 50 bis 2000 ms beizubehalten, bevor zu dem anderen des ersten bzw. zweiten Stromprofils umgeschaltet wird.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das des Weiteren das Überwachen einer Geometrie einer Schweißfuge und/oder einer Dicke des mindestens einen Werkstücks (W) und das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil auf der Basis einer detektierten Änderung der Geometrie der Schweißfuge und/oder der Dicke umfasst; und/oder des Weiteren das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil auf der Basis einer seitlichen Position der Schweißelektrode relativ zu einer Mittellinie einer Schweißfuge umfasst; und/oder wobei das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil erfolgt, wenn bestimmt wird, dass die seitliche Position mindestens 25% einer Schweißfugenspaltbreite von der Mittellinie liegt; und/oder des Weiteren das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Stromprofil nur dann umfasst, wenn detektiert wird, dass eine tatsächliche Drahtzufuhrgeschwindigkeit der Schweißelektrode innerhalb von 70% einer gewünschten Drahtzufuhrgeschwindigkeit liegt; und/oder des Weiteren das Regeln einer Wärmezufuhr in das mindestens eine Werkstücke durch Steuern eines Verhältnisses zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenformabschnitt umfasst; und/oder wobei das Regeln der Wärmezufuhr mindestens auf einer Schweißfugengeometrie basiert.