DE202014010606U1

DE202014010606U1 - Tröpfchenförmiger Werkstofftransfer mit CO2

Info

Publication number: DE202014010606U1
Application number: DE202014010606.1U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2024-02-29
Also published as: JP3202905U; US20140076858A1; CN105026088B; WO2014132118A3; CN106994544A; KR20150119852A; US9662736B2; WO2014132118A2; KR102153152B1; CN105026088A

Abstract

Schweißsystem, bei welchem ein Tröpfchentransfer unterstützt wird, ausgestaltet zum: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode (E, 1060) und einem Werkstück (W, 1070) aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen (198, 1098) an einem distalen Ende der Elektrode (E, 1060) gebildet wird; Senken des Ausgangsstrompegels unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt und den elektrischen Lichtbogen (1080) ausgelöscht hat, damit das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) in eine Pfütze auf dem Werkstück (W, 1070) hinein netzen kann; automatische weitere Verringern des Ausgangsstrompegels zu einer negativen Polarität unterhalb des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, um zu veranlassen, dass sich das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) vom distalen Ende der Elektrode (E, 1060) abschnürt; Erhöhen des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wenn sich das schmelzflüssige Tröpfchen (198, 1098) von dem distalen Ende der Elektrode (E, 1060) auf das Werkstück (W, 1070) abschnürt, um erneut einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode (E, 1060) und dem Werkstück (W, 1070) herzustellen; Verringern des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität von dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität fort zu einem negativen Spitzenstrompegel der Wellenform in Reaktion auf die Wiederherstellung des elektrischen Lichtbogens; und Erhöhen des Ausgangsstrompegels in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen (198, 1098) am distalen Ende der Elektrode (E, 1060) gebildet wird.

Description

PRIORITÄT
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der US-Patentanmeldung Nr. 13/554,744 mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM TO INC-REASE HEAT INPUT TO A WELD DURING A SHORT-CIRCUIT ARC WELDING PROCESS”, eingereicht am 20. Juli 2012, welche die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 12/163,047 mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM TO INC-REASE HEAT INPUT TO A WELD DURING A SHORT CIRCUIT ARC WELDING PROCESS” beansprucht, eingereicht am 27. Juni 2008. Diese Offenbarungen werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen.
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN/AUFNAHME DURCH BEZUGNAHME
US-Patentanmeldung Nr. 12/163,047, eingereicht am 27. Juni 2008, wird durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die im vorliegenden Text beschriebene Erfindung betrifft allgemein ein System für einen tröpfchenförmigen Werkstofftransfer zwischen einer Elektrode und einem Werkstück während eines Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Kurzschlusslichtbogenprozesses.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schweißsysteme gehören zu den zentralen technischen Einrichtungen des modernen Industriezeitalters. Von riesigen Automobilmontagestrecken bis zu automatisierten Fertigungsumgebungen ermöglichen diese Systeme das Zusammenfügen von Teilen in immer komplizierteren Produktionsprozessen. Ein Beispiel eines solchen Schweißsystems ist ein elektrisches Lichtbogenschweißsystem. Dabei kann eine aufzehrbare Elektrode zum Beispiel in Richtung eines Werkstücks bewegt werden, während Strom durch die Elektrode geleitet wird und über einen Lichtbogen fließt, der zwischen der Elektrode und dem Werkstück entsteht. Beispielsweise ist der tröpfchenförmige Werkstofftransfer mit CO₂ ein Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess, bei dem CO₂ als ein Schutzgas verwendet wird, um das Transferieren eines schmelzflüssigen Tröpfchens, das sich an einem distalen Ende einer Elektrode gebildet hat, zu einem Werkstück zu ermöglichen. GMAW-Prozesse mit tröpfchenförmigem Werkstofftransfer können instabil sein und mehr Schweißspritzer als andere Lichtbogenschweißprozesse erzeugen, was oft an den im Vergleich zu anderen Lichtbogenschweißprozessen größeren Drähten liegt. Dies führt aufgrund von langsameren Drahtzufuhrgeschwindigkeitsbereichen zu einem langsameren Lichtbogenschweißprozess.
Wie erwähnt, ist ein GMAW-Prozess anfällig für Instabilität und/oder Schweißspritzer. Darum besteht Bedarf an einer verbesserten Schweißtechnik zum Ausführen von GMAW-Prozessen mit tröpfchenförmigem Werkstofftransfer.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Verwendung eines oder mehrerer Abschnitte in einer negativen Polarität von Strom bereitgestellt, der in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird, wobei das System ausgestaltet zum: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen an einem distalen Ende der Elektrode gebildet wird; Senken des Ausgangsstrompegels unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt und den elektrischen Lichtbogen zum Erlöschen gebracht hat, damit das schmelzflüssige Metalltröpfchen in eine Pfütze auf dem Werkstück hinein netzen kann; automatisches Verringern des Ausgangsstrompegels zu einer negativen Polarität unterhalb des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, um das schmelzflüssige Metalltröpfchen zu veranlassen, sich von dem distalen Ende der Elektrode abzuschnüren; Erhöhen des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wenn sich das schmelzflüssige Tröpfchen vom distalen Ende der Elektrode auf das Werkstück abschnürt, um wieder einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu erzeugen; Verringern des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität von dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität fort zu einem negativen Spitzenstrompegel der Wellenform in Reaktion auf die Wiederherstellung des elektrischen Lichtbogens; und Erhöhen des Ausgangsstrompegels in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen am distalen Ende der Elektrode erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Verwendung eines oder mehrerer Abschnitte in einer negativen Polarität von Strom bereitgestellt, der in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird, wobei das System ausgestaltet zum: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen an einem distalen Ende der Elektrode gebildet wird; Senken des Ausgangsstrompegels unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität zu einer negativen Polarität, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt und den elektrischen Lichtbogen zum Erlöschen gebracht hat, damit das schmelzflüssige Metalltröpfchen in eine Pfütze auf dem Werkstück hinein netzen kann; Senken des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität auf einen negativen Spitzenstrompegel in Reaktion auf die Wiederherstellung des elektrischen Lichtbogens; und Erhöhen des Ausgangsstrompegels in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen am distalen Ende der Elektrode erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-System bereitgestellt, das eine elektrische Schweißwellenform zwischen einer vorangeschobenen Schweißelektrode und einem Metallwerkstück erzeugt, und das Folgendes umfasst: eine erste Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen einer Hintergrundstromphase, einer Spitzenstromphase und einer Ausklingstromphase der elektrischen Schweißwellenform, wobei die Hintergrundstromphase einen positiven Hintergrundstrompegel bereitstellt, die Spitzenstromphase einen negativen Spitzenstrompegel bereitstellt, und die Ausklingstromphase einen gleichförmig ansteigenden Ausklingstrompegel in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels bereitstellt; und eine zweite Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen einer Abschnürstromphase der elektrischen Schweißwellenform, wobei die Abschnürstromphase einen abnehmenden Abschnürstrompegel mit einer positiven Polarität von Strom für die elektrische Schweißwellenform nach der Hintergrundstromphase bereitstellt. Weitere Ausführungsformen der Erfindung betreffen das Ausbilden eines Tröpfchens bei einem negativen Impuls und das Verbessern des Berührens der Pfütze durch das Tröpfchen bei positiven Impulsen.
Diese und weitere Ausführungsformen, Eigenschaften und Aufgaben dieser Erfindung werden offenkundig, wenn sie im Licht der Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine physische Form annehmen, wovon eine bevorzugte Ausführungsform ausführlich in der Spezifikation beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht wird, die einen Teil der vorliegende Offenbarung bilden und in denen Folgendes dargestellt ist:
1A veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Zyklus einer elektrischen Schweißwellenform, die in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht zu erhöhen;
1B veranschaulicht die verschiedenen Stufen des Lichtbogenschweißprozesses über den Zyklus von 1A unter Verwendung der elektrischen Schweißwellenform von 1A, die die Beziehung zwischen einer Schweißelektrode und einem Metallwerkstück zeigt;
2 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Systems zum Erzeugen der elektrischen Schweißwellenform von 1;
3A–3D veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen von Abschnitten einer modulierenden Wellenform, die durch die verschiedenen Fähigkeiten des Systems von 2 erzeugt wird;
4 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Systems zum Erzeugen der elektrischen Schweißwellenform von 1;
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Erhöhen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht während eines Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung der elektrischen Schweißwellenform von 1 und des Systems von 2 oder des Systems von 4;
6A–6B veranschaulichen ein Flussdiagramm und eine resultierende elektrische Schweißwellenform einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Erhöhen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht während eines Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung des Systems von 4;
7 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Erhöhen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht während eines Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung der elektrischen Schweißwellenform von 1 oder der elektrischen Schweißwellenform von Fig. β und des Systems von 2 oder des Systems von 4;
8 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Zyklus einer elektrischen Schweißwellenform, die in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird, zum Steuern der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht;
9 ist ein Blockschaubild, das ein Schweißsystem veranschaulicht, welches das Erzeugen einer elektrischen Schweißwellenform mit einem oder mehreren Abschnitten in einer negativen Polarität von Strom ermöglicht;
10 ist ein Blockschaubild, das eine Ausführungsform eines Zyklus einer elektrischen Schweißwellenform mit einem oder mehreren Abschnitten in einer negativen Polarität von Strom, der in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird, veranschaulicht;
11 ist ein Blockschaubild, das eine Ausführungsform eines Zyklus einer elektrischen Schweißwellenform mit einem oder mehreren Abschnitten in einer negativen Polarität von Strom, der in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird, veranschaulicht;
12 ist ein Blockschaubild, das eine oder mehrere Komponenten veranschaulicht, die das Verwenden eines Abschnitts mit negativer Polarität einer Stromwellenform zum Steuern eines Lichtbogenschweißprozesses ermöglichen;
13 ist ein Flussdiagramm zum Erzeugen einer Schweißausgangsstromwellenform mit negativer Polarität, die einen Schweißprozess steuert;
14 ist ein Flussdiagramm zum Verwenden einer negativen Polarität von Strom für eine Lichtbogenschweißstromwellenform zum Steuern eines Abschnitts eines Schweißprozesses; und
15 ist ein Kurvendiagramm, das Lichtbogenschweißstromwellenformen mit einer negativen Polarität veranschaulicht, die einen Abschnitt eines Schweißprozesses steuern.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung betreffen Systeme, die allgemein das Erzeugen einer Schweißausgangsstromwellenform mit negativer Polarität zum Steuern eines Schweißprozesses betreffen. Ein elektrisches Lichtbogenschweißsystem erzeugt eine elektrische Schweißwellenform mit Abschnitten einer negativen Polarität. Ein Zyklus der elektrischen Schweißwellenform enthält eine Hintergrundstromphase, eine Kurzschlussaufhebungsrampenphase nach der Hintergrundstromphase, eine Spitzenstromphase und eine Ausklingstromphase der elektrischen Schweißwellenform, wobei die Spitzenstromphase einen negativen Spitzenstrompegel bereitstellt, die Ausklingstromphase einen gleichförmig ansteigenden Ausklingstrompegel in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels bereitstellt, und die Kurzschlussaufhebungsrampenphase einen abnehmenden Strompegel mit einer positiven Polarität von Strom für die elektrische Schweißwellenform bereitstellt.
Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wird nun für die Zwecke der Veranschaulichung des besten Modus beschrieben, der dem Anmelder zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung bekannt ist. Die Beispiele und Figuren sind nur veranschaulichend und sollen die Erfindung, die allein am Schutzumfang und Wesen der Ansprüche zu ermessen ist, nicht einschränken.
1A veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Zyklus 101 einer elektrischen Schweißwellenform 100, die in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht zu erhöhen. 1B veranschaulicht die verschiedenen Stufen (A–E) des Lichtbogenschweißprozesses über den Zyklus 101 unter Verwendung der elektrischen Schweißwellenform von 1A, wobei die Beziehung zwischen einer Schweißelektrode 191 und einem Metallwerkstück 199 gezeigt wird. Während eines Lichtbogenschweißprozesses werden eine Reihe von elektrischen Lichtbogenimpulsen zwischen der vorangeschobenen Elektrode 191 und dem Metallwerkstück 199 mittels eines elektrischen Lichtbogenschweißsystems erzeugt, das in der Lage ist, die elektrische Schweißwellenform 100 zu erzeugen, um die elektrischen Lichtbogenimpulse zu erzeugen. Im Allgemeinen wird der Zyklus 101 während des Lichtbogenschweißprozesses periodisch wiederholt, um die resultierende Schweißnaht zu erzeugen. Jedoch kann der Zyklus 101 ohne die gleiche Anzahl von wärmeerhöhenden Impulsen 150 und eventuell ohne eine Abschnürstromphase 120 wiederholt werden, wenn kein Kurzschlusszustand eintritt.
Der Zyklus 101 der elektrischen Schweißwellenform 100 enthält eine Hintergrundstromphase 110, die einen Hintergrundstrompegel 111 bereitstellt, eine Abschnürstromphase 120, die einen gleichförmig zunehmenden Abschnürstrompegel 121 bereitstellt, eine Spitzenstromphase 130, die einen Spitzenstrompegel 131 bereitstellt, und eine Ausklingstromphase 140, die einen gleichförmig abnehmenden Ausklingstrompegel 141 bereitstellt.
Während der Hintergrundstromphase 110 wird ein elektrischer Lichtbogen 196 zwischen der Elektrode 191 und dem Werkstück 199 aufrecht erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen 192 an einem distalen Ende der Elektrode 191 gebildet wird (siehe Stufe A in 1B). Bei Stufe B stellt das schmelzflüssige Metalltröpfchen 192, das immer noch mit der Elektrode 191 verbunden ist, einen Kurzschluss zu dem Werkstück 199 her. Wenn der Kurzschluss eintritt, erlischt der Lichtbogen 195, und der Strompegel der Wellenform 100 sinkt auf oder unter den Hintergrundstrompegel 111 auf einen Strompegel 112, der es erlaubt, dass das schmelzflüssige Tröpfchen 182 in einem Pfütze auf dem Werkstück 199 hinein netzt.
Während der Abschnürstromphase 120 wird der Strompegel der Wellenform 100 gleichförmig über den Hintergrundstrompegel 111 erhöht (beispielsweise angehoben), wodurch der zunehmende Abschnürstrompegel 121 bereitgestellt wird, der bewirkt, dass sich das kurzgeschlossene schmelzflüssige Metalltröpfchen 192 vom distalen Ende der Elektrode 191 in die Pfütze des Werkstücks 199 hinein abzuschnüren beginnt, wie in Stufe C von 1B gezeigt ist. Wenn das schmelzflüssige Metalltröpfchen 192 kurz davor steht, sich von der Elektrode 191 abzuschnüren, wird der Strompegel der Wellenform 100 erneut unter den Hintergrundstrompegel 111 auf einen Strompegel 112 abgesenkt, um Schweißspritzer zu vermeiden, und ein Lichtbogen 196 entsteht erneut zwischen der Elektrode 191 und dem Werkstück 199.
Sobald der Lichtbogen 196 erneut entstanden ist, tritt die Wellenform 100 in die Spitzenstromphase 130 ein. Während der Spitzenstromphase 130 wird der Strompegel der Wellenform 100 auf den Spitzenstrompegel 131 erhöht und dort gehalten. Gemäß einer Ausführungsform ist der Spitzenstrompegel 131 der höchste Strompegel der Wellenform 100 und stellt einen Lichtbogen 197 zwischen der Elektrode 191 und dem Werkstück 199 von ausreichender Stärke her, um das Bilden eines nächsten schmelzflüssigen Metalltröpfchens 198 am distalen Ende der Elektrode 191 zu beginnen.
Nach der Spitzenstromphase 130 tritt die Wellenform 100 in die Ausklingstromphase 140 ein. Während der Ausklingstromphase 140 verringert sich der Strompegel der Wellenform 100 gleichförmig (beispielsweise exponentiell) in Richtung des Hintergrundstrompegels 111, der den abnehmenden Ausklingstrompegel 141 bereitstellt. Der Strom der Wellenform 100 führt Wärme zu der Schweißnaht. Die Ausklingstromphase 140 fungiert als eine grobe Wärmesteuerungsphase für die Wellenform 100, während die Hintergrundstromphase 110 als eine feine Wärmesteuerungsphase für die Wellenform 100 fungiert. Jedoch kann es in bestimmten Lichtbogenschweißanwendungen wünschenswert sein, eine zusätzliche Wärmezufuhrsteuerung bereitzustellen.
Nach der Ausklingstromphase 140 wird erneut in die Hintergrundstromphase 110 eingetreten, die den Hintergrundstrompegel 111 bereitstellt und ein im Wesentlichen gleichförmiges nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen 198 am distalen Ende der Elektrode 191 bildet (Stufe A). Während der Hintergrundstromphase 110 wird mindestens ein wärmeerhöhender Stromimpuls 150 erzeugt, der einen Zwischenstrompegel 151 bereitstellt, der zwischen dem Hintergrundstrompegel 111 und dem Spitzenstrompegel 131 liegt. Der wärmeerhöhende Stromimpuls 180 kann innerhalb der Hintergrundstromphase 110 periodisch wiederholt werden, bis ein nächster Kurzschluss zwischen dem schmelzflüssigen Metalltröpfchen 198 und dem Werkstück 199 eintritt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Lichtbogen 196 ausgelöscht, und der Strompegel der Wellenform 100 wird unter den Hintergrundstrompegel 111 auf einen Strompegel 112 abgesenkt, der es erlaubt, dass das nächste schmelzflüssige Tröpfchen 198 in die Pfütze auf dem Werkstück 199 hinein netzt (Stufe B). Die wärmeerhöhenden Stromimpulse 150 dienen der Wiedererwärmung der Pfütze und des umgebenden Bereichs, um den Einbrand zu verstärken. Eine solche Erhöhung der Wärme, die durch die wärmeerhöhenden Stromimpulse 150 bereitgestellt wird, kann beispielsweise beim Schweißen eines Stoßes mit Stegabstand erwünscht sein, um einen besseren Einbrand zu erreichen, ohne die Fluidität der Pfütze zu vergrößern. Die wärmeerhöhenden Impulse haben keine so große Amplitude, dass sie Tröpfchen über den Lichtbogen übertragen würden, und haben keine so große Impulsbreite, dass sie das Schweißsystem über den Kurzschlusslichtbogenübergang in einen tröpfchenförmigen Werkstofftransfer zwingen würden. Auch hier wird im Allgemeinen der Zyklus 101 periodisch während des Lichtbogenschweißprozesses wiederholt, um die resultierende Schweißnaht zu erzeugen. Jedoch kann der Zyklus 101 ohne die gleiche Anzahl von wärmeerhöhenden Impulsen 161 und eventuell ohne die Abschnürstromphase 120 wiederholt werden, wenn kein Kurzschluss eintritt. Im Sinne des vorliegenden Textes meint der Begriff „Strompegel” eine Stromamplitude, die im Wesentlichen stabil ist, aber aufgrund der etwas unpräzisen Natur des Erzeugens einer elektrischen Schweißwellenform einige Schwankungen aufweisen kann.
Als ein Beispiel ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Lichtbogenschweißprozess ein Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess, der Argon und Kohlendioxid als Schutzgases verwendet. Der Hintergrundstrompegel 111 beträgt etwa 70 A, der Spitzenstrompegel 131 beträgt etwa 330 A, und der Zwischenstrompegel 181 beträgt etwa 210 A. Die Impulsbreite eines einzelnen wärmeerhöhenden Impulses 160 beträgt etwa 1 Millisekunde und kann etwa alle 3 Millisekunden bis zu drei bis sechs Impulse während der Hintergrundstromphase 110 wiederholt werden. Die Periode des Zyklus 101 beträgt etwa 15 Millisekunden.
2 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Systems 200 zum Erzeugen der elektrischen Schweißwellenform 100 von 1. Das System 200 stellt eine Stromerzeugungsfähigkeit 210 und eine Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 zum Erzeugen einer modulierenden Wellenform 100 bereit. Das System 200 stellt außerdem eine Kurzschlussdetektions- und -vorauserkennungsdetektions (Kurzschlussaufhebungserwartungs)-Fähigkeit 230 bereit, um zu detektieren, wenn ein Kurzschlusszustand zwischen der Elektrode 191 und dem Werkstück 199 eintritt, und um vorauszuerkennen, wann ein Kurzschlusszustand kurz davor steht zu enden (Kurzschlussaufhebungszustand), wenn sich ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen (beispielsweise 192) in die Pfütze auf dem Werkstück 199 abschnürt.
Eine durch die Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 erzeugte modulierende Wellenform 100' wird zum Modulieren der Stromerzeugungsfähigkeit 210 verwendet, die elektrischen Strom für die Elektrode 191 und das Werkstück 199 in Form der elektrischen Schweißwellenform 100 bereitstellt. Die Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 enthält eine Periodische-Basiswellenform-Erzeugungsfähigkeit 221. Die 3A–3D veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen von Abschnitten der modulierenden Wellenform 100', die durch die verschiedenen Fähigkeiten des Systems 200 von 2 erzeugt wird. 3A veranschaulicht einen durch die Periodische-Basiswellenform-Erzeugungsfähigkeit 221 erzeugten periodischen Basiswellenformabschnitt 310. Die Periodische-Basiswellenform-Erzeugungsfähigkeit 221 stellt die Erzeugung der Hintergrundstromphase 110, der Spitzenstromphase 130 und der Ausklingstromphase 140 der modulierenden Wellenform 100 in einer periodischen Weise bereit.
Die Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 enthält außerdem eine Abschnürstromphasen-Erzeugungsfähigkeit 222. 3B veranschaulicht den periodischen Basiswellenformabschnitt 310 von 3A, dem die Abschnürstromphase 120 hinzugefügt wurde. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Abschnürstromphase 120 mittels einer Signalsummierfähigkeit 223 der Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 mit dem periodischen Basiswellenformabschnitt 310 summiert werden.
Die Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 enthält des Weiteren eine Wärmeerhöhungsimpuls-Erzeugungsfähigkeit 224. 3C veranschaulicht den periodischen Basiswellenformabschnitt 310 von 3A, der die Abschnürstromphase 120 von 3B hat und der die wärmeerhöhenden Impulse 150 hat, die während der Hintergrundstromphase 110 hineingeschaltet werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die wärmeerhöhenden Stromimpulse 150 während der Hintergrundstromphase 110 mittels einer Signalschaltfähigkeit 225 der Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 hineingeschaltet werden.
Die Modulierungswellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 enthält außerdem eine Teil-Hintergrundstrompegel-Erzeugungs(Stromverringerungs)-Fähigkeit 226. 3D veranschaulicht den periodischen Basiswellenformabschnitt 310 von 3A, der die Abschnürstromphase 120 von 3B hat, die Hintergrundstromphase 110, die die wärmeerhöhenden Stromimpulse 150 hat, wie gezeigt in 3C, und dem die Teil-Hintergrundstromabschnitte 112' hinzugefügt wurden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Teil-Hintergrundstromabschnitte 112' unter Verwendung der Signalsummierfähigkeit 223 der Wellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 mit dem periodischen Basiswellenformabschnitt 310 und der Abschnürstromphase 120 summiert werden.
Die resultierende modulierende Wellenform 100' von 3D wird zum Modulieren der Stromerzeugungsfähigkeit 210 verwendet, um die eigentlichen Strompegel (111, 112, 121, 131, 141, 151) der verschiedenen Abschnitte der elektrischen Schweißwellenform 100 an die Elektrode 191 und das Werkstück 199 bereitzustellen, wie in 1 und 2 gezeigt.
Während eines Schweißprozesses unter Verwendung des Systems 200 überwacht die Kurzschlussdetektions- und Kurzschlussaufhebungs-Erwartungsfähigkeit 230 Strom und Spannung an der Elektrode 191 und dem Werkstück 199 und detektiert, wenn ein Kurzschlusszustand zwischen der Elektrode 191 und dem Werkstück 199 eintritt, und sieht außerdem voraus, wann der Kurzschlusszustand kurz davor steht zu enden (Kurzschlussaufhebungszustand). Wenn ein Kurzschlusszustand eintritt, so zieht die Teil-Hintergrundstrompegel-Fähigkeit 226 sofort den Strompegel der Wellenform 100 unter den Hintergrundstrompegel 110 auf einen Strompegel 112, nachdem der Kurzschlusszustand detektiert wurde, was es erlaubt, dass ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen in eine Pfütze auf dem Werkstück 199 hinein netzen kann, wie zuvor im vorliegenden Text beschrieben. Dann legt die Abschnürstromphasen-Erzeugungsfähigkeit 222 den gleichförmig zunehmenden Abschnürstrompegel 121 an die Wellenform 100 an.
Wenn ein Kurzschlussaufhebungszustand erwartet wird (d. h. wenn das schmelzflüssige Metalltröpfchen kurz davor steht, sich vom distalen Ende der Elektrode abzuschnüren), so zieht die Teil-Hintergrundstrompegel-Fähigkeit 226 den Strompegel der Wellenform 100 wieder unter den Hintergrundstrompegel 110 auf den Strompegel 112, nachdem der Kurzschlussaufhebungszustand erwartet wurde, um Schweißspritzer zu vermeiden. Des Weiteren wird eine Timing-Fähigkeit 227 der Wellenform-Erzeugungs- und -Formungsfähigkeit 220 ausgelöst. Die Timing-Fähigkeit 227 zählt über die Zeitsegmente abwärts, die durch die Spitzenstromphase 130 und die Ausklingstromphase 140 belegt werden, bis die Wellenform 100 die Hintergrundstromphase 110 erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Timing-Fähigkeit mit dem Zeitbetrag vorprogrammiert, die zwischen dem Kurzschlussaufhebungszustand und dem Eintritt in die Hintergrundstromphase 110 vergeht. Sobald die Timing-Fähigkeit 227 das Abwärtszählen beendet hat, was anzeigt, dass in die Hintergrundstromphase 110 eingetreten wurde, wird die Signalschaltfähigkeit 225 ausgelöst, um die wärmeerhöhenden Impulse 150 von der Wärmeerhöhungsimpuls-Erzeugungsfähigkeit 224 hineinzuschalten. Die wärmeerhöhenden Impulse 150 werden in die Wellenform 100 während der Hintergrundstromphase 110 hineingeschaltet, bis ein nächster Kurzschlusszustand detektiert wird.
Die verschiedenen funktionalen Fähigkeiten des Systems 200 von 2 können mittels Konfigurationen von elektronischen Komponenten implementiert werden, die analoge und/oder digitale elektronische Komponenten enthalten können. Solche Konfigurationen von elektronischen Komponenten können zum Beispiel Impulsgeneratoren, Timer, Zähler, Gleichrichter, Transistoren, Wechselrichter, Oszillatoren, Schalter, Transformatoren, Wellenformer, Verstärker, Zustandsmaschinen, digitale Signalprozessoren, Mikroprozessoren und Mikrocontroller enthalten. Abschnitte solcher Konfigurationen können programmierbar sein, um die Implementierung flexibel zu machen. Verschiedene Beispiele solcher Konfigurationen von elektronischen Komponenten finden sich in US-Patent Nr. 4,972,064 , US-Patent Nr. 6,051,810 , US-Patent Nr. 6,496,321 und in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/861,379, die alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das System 200 eine erste Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen der Hintergrundstromphase 110, der Spitzenstromphase 130 und der Ausklingstromphase 140 der elektrischen Schweißwellenform 100. Das System 200 enthält des Weiteren eine zweite Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen der Abschnürstromphase 120 der elektrischen Schweißwellenform 100. Das System 200 enthält außerdem eine dritte Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen mindestens eines wärmeerhöhenden Stromimpulses 160 der elektrischen Schweißwellenform 100 während der Hintergrundstromphase 110.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das System 200 außerdem eine vierte Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Senken des Strompegels der elektrischen Schweißwellenform 100 unter den Hintergrundstrompegel an einem Ende der Hintergrundstromphase 110, nachdem die Elektrode einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt hat. Das System 200 enthält des Weiteren eine fünfte Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Senken des Strompegels der elektrischen Schweißwellenform 100 unter den Hintergrundstrompegel an einem Ende der Abschnürstromphase 120 in Erwartung, dass die Elektrode den Kurzschluss zum Werkstück aufhebt.
Die ersten bis fünften Konfigurationen von elektronischen Komponenten brauchen nicht unbedingt voneinander unabhängig zu sein, sondern können bestimmte elektronische Komponenten gemeinsam nutzen. Zum Beispiel können gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung viele der elektronischen Komponenten der ersten Konfiguration die gleichen sein wie viele der elektronischen Komponenten der dritten Konfiguration. Gleichermaßen können viele der elektronischen Komponenten der vierten Konfiguration die gleichen sein wie viele der elektronischen Komponenten der fünften Konfiguration. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können noch weitere gemeinsam genutzte Komponenten möglich sein.
Die in 2 gezeigte funktionale Implementierung veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform. Andere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich. Zum Beispiel kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Abschnürstromphase 120 über die Signalschaltfähigkeit 225 in die modulierende Wellenform 100' hineingeschaltet werden, anstatt über die Signalsummierfähigkeit 223 hineinsummiert zu werden. Gleichermaßen können die wärmeerhöhenden Impulse 150 über die Signalsummierfähigkeit 223 in die modulierende Wellenform 100' summiert werden, anstatt über die Signalschaltfähigkeit 225 hineingeschaltet zu werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform braucht die Teil-Hintergrundstrompegel-Erzeugungsfähigkeit 226 nicht vorhanden zu sein oder kann optional sein, was die Erzeugung einer modulierenden Wellenform erlaubt, die nicht die Strompegelabschnitte 112' enthält. Andere modifizierte Ausführungsformen sind ebenfalls möglich, die dazu führen, dass die elektrische Schweißwellenform 100 von 1 oder ähnliche Wellenformen erzeugt werden, die mindestens einen wärmeerhöhenden Stromimpuls während einer Hintergrundstromphase aufweisen.
4 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Systems 400 zum Erzeugen der elektrischen Schweißwellenform 100 von 1. Das System 400 ist ein System vom Zustandsmaschinentyp, wie im vorliegenden Text beschrieben. Das System Lincoln Electric PowerWave^® 450 ist ein Beispiel eines Schweißsystems vom Zustandsmaschinentyp.
Das System 400 enthält ein Schweißprogramm 410, das in einen zustandsbasierten Funktionsgenerator 420 geladen wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der zustandsbasierte Funktionsgenerator 420 ein programmierbares Mikroprozessorbauelement. Das Schweißprogramm 410 enthält die Software-Instruktionen zum Erzeugen einer elektrischen Schweißwellenform. Das System enthält des Weiteren einen digitalen Signalprozessor (DSP) 430, der mit dem zustandsbasierten Funktionsgenerator 420 wirkverbunden ist. Das System enthält außerdem einen Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichter 440, der mit dem DSP 430 wirkverbunden ist.
Der DSP 430 nimmt seine Instruktionen von dem zustandsbasierten Funktionsgenerator 420 und steuert den Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichter 440. Der Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichter 440 transformiert eine Hochspannungs-Eingangsleistung 441 gemäß Steuersignalen 435 vom DSP 430 in eine Niederspannungs-Schweißausgangsleistung. Zum Beispiel stellt der DSP 430 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Steuersignale 436 bereit, die einen Abschusswinkel (ein Timing der Schalteraktivierung) für den Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichter 440 bestimmen, um verschiedene Phasen einer elektrischen Schweißwellenform zu erzeugen.
Die Ausgänge 442 und 443 des Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichters 440 sind mit einer Schweißelektrode 450 bzw. einem Werkstück 460 wirkverbunden, um einen Schweißstrom bereitzustellen, der einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode 480 und dem Werkstück 460 erzeugt. Das System 400 enthält außerdem eine Spannungs- und Stromrückkopplungsfähigkeit 470, die eine Spannung zwischen der Elektrode 480 und dem Werkstück 460 abfühlt und die einen Strom abfühlt, der durch den Schweißkreis fließt, der durch die Elektrode 450, das Werkstück 460 und den Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichter 440 gebildet wird. Der abgefühlte Strom und die abgefühlte Spannung werden durch den zustandsbasierten Funktionsgenerator 420 verwendet, um ein Kurzschließen der Elektrode 450 auf dem Werkstück 460 zu detektieren (d. h. einen Kurzschlusszustand), und zu detektieren, wenn ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen kurz davor steht, sich von der Elektrode 450 abzuschnüren (d. h. einen Kurzschlussaufhebungszustand).
Das System 400 enthält des Weiteren einen Stromreduzierer 480 und eine Diode 490. Der Stromreduzierer 480 und die Diode 490 sind zwischen den Ausgängen 442 und 443 des Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichters 440 wirkverbunden. Der Stromreduzierer 480 ist außerdem mit dem DSP 430 wirkverbunden. Wenn ein Kurzschlusszustand zwischen der Elektrode 450 und dem Werkstück 460 eintritt, so befiehlt der DSP 430 dem Stromreduzierer 480 über ein Steuersignal 436, den Strompegel durch den Schweißkreis unter einen zuvor festgelegten Hintergrundstrompegel zu ziehen. Gleichermaßen befiehlt der DSP 430, wenn ein Kurzschlussaufhebungszustand eintritt (d. h. ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen schnürt sich vom distalen Ende der Elektrode 450 ab), dem Stromreduzierer 490, den Strompegel durch den Schweißkreis unter einen zuvor festgelegten Hintergrundstrompegel zu ziehen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Stromreduzierer 480 einen Darlington-Schalter, einen Widerstand und einen Gaswäscher.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens 500 zum Erhöhen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht während eines Lichtbogenschweißprozesses, der die elektrische Schweißwellenform 100 von 1 und das System 200 von 2 oder das System 400 von 4 verwendet. In Schritt 510 wird ein Ausgangsstrompegel der Wellenform 100 aus einen Hintergrundstrompegel 111 geregelt, um einen elektrischen Lichtbogen 195 zwischen einer Elektrode (beispielsweise 191 oder 450) und einem Werkstück (beispielsweise 199 oder 450) aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen 192 an einem distalen Ende der Elektrode (zum Beispiel 191 oder 450) gebildet wird. In Schritt 520 wird der Ausgangsstrompegel unter den Hintergrundstrompegel 111 gesenkt, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen 192 einen Kurzschluss zu dem Werkstück (beispielsweise 199 oder 460) hergestellt und den elektrischen Lichtbogen 196 ausgelöscht hat, um es dem schmelzflüssigen Metalltröpfchen 192 zu erlauben, in eine Pfütze auf dem Werkstück (beispielsweise 199 oder 460) hinein zu netzen. In Schritt 530 wird automatisch der Ausgangsstrompegel über den Hintergrundstrompegel 111 angehoben, um das schmelzflüssige Metalltröpfchen 192 zu veranlassen, sich von dem distalen Ende der Elektrode (beispielsweise 191 oder 450) abzuschnüren.
In Schritt 540 wird der Ausgangsstrompegel unter den Hintergrundstrompegel 111 gesenkt, wenn sich das schmelzflüssige Metalltröpfchen 192 von dem distalen Ende der Elektrode (beispielsweise 191 oder 450) auf das Werkstück (zum Beispiel 199 oder 460) abschnürt, wodurch erneut ein elektrischer Lichtbogen 196 zwischen der Elektrode (zum Beispiel 191 oder 450) und dem Werkstück (beispielsweise 199 oder 460) hergestellt wird. In Schritt 560 wird – in Reaktion auf die Wiederherstellung eines elektrischen Lichtbogens 196 – der Ausgangsstrompegel auf einen Spitzenstrompegel 131 der Wellenform 100 angehoben. In Schritt 560 wird der Ausgangsstrompegel in Richtung des Hintergrundstrompegels 111 gesenkt, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen 196 am distalen Ende der Elektrode (beispielsweise 191 oder 480) gebildet wird. In Schritt 670 wird der Ausgangsstrompegel zwischen dem Hintergrundstrompegel 111 und einem Zwischenstrompegel 151, der zwischen dem Hintergrundstrompegel 111 und dem Spitzenstrompegel 131 liegt, mit einer zuvor festgelegten Impulsrate gepulst, bis ein nächster Kurzschluss zwischen dem nächsten schmelzflüssigen Metalltröpfchen 196 und dem Werkstück (beispielsweise 199 oder 460) hergestellt wird. In Schritt 680 wird, wenn der Lichtbogenschweißprozess nicht vollendet ist, zu Schritt 520 zurückgekehrt; anderenfalls Ende.
Die 6A–6B veranschaulichen ein Flussdiagramm und eine resultierende elektrische Schweißwellenform 650 einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens 600 zum Erhöhen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht während eines Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung der Systems 400 von 4. In Schritt 601 wird ein Ausgangsstrompegel einer elektrischen Schweißwellenform 650 auf einen Hintergrundstrompegel 602 geregelt. Wenn ein Kurzschlusszustand detektiert wird, so wird in Schritt 603 der Ausgangsstrompegel auf einen Teilpegel 604 geregelt, der unter dem Hintergrundstrompegel 602 liegt, indem der Stromreduzierer 480 ausgelöst wird. In Schritt 605 wird das Ansteigen des Ausgangsstrompegels entsprechend einer Abschnürstromrampe 606 begonnen. Wenn ein Kurzschlussaufhebungszustand (Abschnüren) detektiert wird, so wird in Schritt 607 der Ausgangsstrompegel wieder auf einen Teilpegel 604 reduziert, indem der Stromreduzierer 480 ausgelöst wird.
In Schritt 608 wird der Ausgangsstrompegel auf einen Spitzenstrompegel 609 geregelt, nachdem wieder ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 450 und dem Werkstück 460 erzeugt wurde. In Schritt 610 wird der Ausgangsstrompegel vom Spitzenstrompegel 609 in Richtung des Hintergrundstrompegels 602 entsprechend einer gleichförmig abnehmenden Abklingstromrampe 611 gesenkt. In Schritt 612 wird der Ausgangsstrompegel während eines ersten Impulsintervalls 614 auf einen wärmeerhöhenden Strompegel 613 geregelt, wodurch ein wärmeerhöhender Stromimpuls 616 gebildet wird. Das Verfahren 600 kann eine zuvor festgelegte Anzahl von Malen, oder bis ein nächster Kurzschlusszustand detektiert wird, zwischen Schritt 601 und Schritt 612 hin- und her wechseln (d. h. der Ausgangsstrom kann zwischen dem wärmeerhöhenden Strompegel 613 und dem Hintergrundstrompegel 802, der anschließende wärmeerhöhende Stromimpulse bildet, hin und her schalten). Des Weiteren können gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in Abhängigkeit von den Spezifika des Schweißvorgangs (zum Beispiel Schweißmetalle, Schutzgase usw.), die Impulsbreite und -amplitude von aufeinanderfolgenden wärmeerhöhenden Stromimpulsen 615' die gleichen sein wie, oder andere sein als, die Impulsbreite und -amplitude des ersten wärmeerhöhenden Stromimpulses 615.
7 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens 700 zum Erhöhen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht während eines Lichtbogenschweißprozesses unter Verwendung der elektrischen Schweißwellenform 100 von 1 oder der elektrischen Schweißwellenform 650 von 6B und des Systems 200 von 2 oder des Systems 400 von 4. In Schritt 710 wird ein Basiszyklus (zum Beispiel 310) einer elektrischen Schweißwellenform (beispielsweise 100) generiert, die eine Hintergrundstromphase (beispielsweise 110) hat, die einen Hintergrundstrompegel (beispielsweise 111) bereitstellt, eine Spitzenstromphase (beispielsweise 130) hat, die einen Spitzenstrompegel (beispielsweise 131) bereitstellt, und eine Ausklingstromphase (beispielsweise 140) hat, die einen abnehmenden Ausklingstrompegel (beispielsweise 141) bereitstellt. In Schritt 720 wird eine Abschnürstromphase (beispielsweise 120) der elektrischen Schweißwellenform (beispielsweise 100) zwischen der Hintergrundstromphase (zum Beispiel 110) und der Spitzenstromphase (beispielsweise 130) generiert, wodurch ein zunehmender Abschnürstrompegel (beispielsweise 121) bereitgestellt wird. In Schritt 730 wird mindestens ein wärmeerhöhender Stromimpuls (beispielsweise 160) der elektrischen Schweißwellenform (beispielsweise 100) während der Hintergrundstromphase (beispielsweise 110) generiert, wodurch ein Zwischenstrompegel (beispielsweise 151) bereitgestellt wird, der zwischen dem Hintergrundstrompegel (beispielsweise 111) und dem Spitzenstrompegel (beispielsweise 131) liegt.
8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ähnelt derjenigen, die bezüglich der 1A–1B gezeigt und besprochen wurde, außer dass in dieser Ausführungsform der Großteil des Hintergrundstroms 111 und der wärmeerhöhenden Stromimpulse 150 eine erste Polarität haben, während der Rest des Zyklus 101 eine entgegengesetzte Polarität hat. In der in 8 gezeigten Ausführungsform haben die wärmeerhöhenden Impulse 150 und der Großteil der Hintergrundstrom 111 eine positive Polarität, während der Rest des Zyklus 101 eine negative Polarität hat. Durch die Verwendung entgegengesetzter Polaritäten für diese Abschnitte der Wellenform kann die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht zusätzlich gesteuert werden. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann ein relativ kühler Schweißvorgang erreicht werden. Indem man der Mehrzahl der Zyklen 101 eine negative Polarität gibt, kann der Schweißvorgang kälter sein, als wenn die Gesamtheit des Zyklus 101 eine positive Polarität hat. Das liegt allgemein an der Richtung des Stromflusses und ist insbesondere ein Resultat der Umkehrung der Anode und Katode des Schweißprozesses, so dass sich die „Wärme” des Schweißlichtbogens von der Pfütze zum Ende des Drahtes verändert. Somit ist weniger Strom erforderlich (entweder durch eine Spitze oder eine Plasmaverstärkung), um eine bestimmte Tröpfchengröße zu erzeugen. Dies kann in Abhängigkeit vom ausgeführten Schweißvorgang sehr wünschenswert sein. Jedoch bleibt es nach wie vor wünschenswert, die Wärmezufuhr zur Schweißnaht steuern zu können und die wärmeerhöhenden Stromimpulse 150 zu nutzen, um eine gewünschte oder benötigte Wärme zu der Schweißnaht zu führen, um die Schweißpfütze und den Einbrand nach Wunsch zu steuern.
In dieser beispielhaften Ausführungsform wechselt die Schweißstromversorgung während des Schweißens, wenn das Kurzschlussereignis eintritt 601 (Stufe B in 1B), den Schweißstrom von der ersten Polarität (positiv in 6) zur entgegengesetzter Polarität (negativ in 6). Es ist allgemein einfacher für eine Schweißstromquelle, die Polarität in einem Kurzschluss zu ändern. Das liegt daran, dass nach der Änderung der Polarität kein Lichtbogen wiederhergestellt werden muss, wodurch die explosive Entladung entfällt, die erforderlich ist, um einen Lichtbogen aufzubauen. In einem solchen Fall ist der Draht bereits kurzgeschlossen, und darum kann die Stromquelle nach Bedarf in einer besser gesteuerten Weise den Strom reduzieren, die Polarität wechseln und den Strom erhöhen. Nach dem Wechsel der Polarität des Stroms werden die Abschnürstromphase 120, die anschließende Reduzierung auf den unteren Strompegel 112, die Spitzenstromphase 130 und die Ausklingstromphase 140 in ähnlicher Weise implementiert, wie es oben ausführlich beschrieben wurde. Wenn die Ausklingstromphase 140 sich einem Hintergrundstrompegel 111' nähert oder diesen erreicht (bei Punkt 803), wechselt die Stromversorgung erneut die Polarität des Schweißsignals zum Hintergrundpegel 111 und implementiert dann die wärmeerhöhenden Stromimpulse 150, wie oben allgemein beschrieben.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen tritt der Übergangspunkt 803 ein, nachdem der Strom einen Hintergrundpegel 111' erreicht hat. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Übergangspunkt 803 eintreten, wenn der Strom sich dem Hintergrundpegel 111' nähert. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Übergangspunkt 111' ein, wenn sich der Strom innerhalb von 10% des Hintergrundstrompegels 111' befindet. Wenn zum Beispiel der Hintergrundstrompegel 111' auf 50 A eingestellt ist, so liegt der Übergangspunkt 803 im Bereich von 55 bis 50 A, da der Strom abnimmt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung tritt der Übergangspunkt 803 ein, wenn der Strom nach der Spitze 131 im Bereich von 50 bis 75 A liegt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen wird ein maximaler Stromübergangspegel so eingestellt, dass der Wechsel der Polarität erst eintritt, wenn der Ausgangsstrompegel bei oder unter dem Schwellenpegel liegt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt dieser Schwellenpegel im Bereich von 75 bis 100 A. Wenn beispielsweise der Schwellenpegel auf 80 A eingestellt wird, so wird die Polarität der Wellenform erst geändert, wenn der Ausgangsstrom bei oder unter 80 A liegt. Somit senkt die Stromversorgung den Strom, bis diese Schwelle erreicht ist, und initiiert dann den Polaritätswechsel. Während einiger Schweißoperationen kann es der Fall sein, dass ein Hintergrundstrompegel höher ist als der obige Schwellenwert. Wenn das der Fall ist, so wird der Strom verringert, bis er den Schwellenwert erreicht oder darunter fällt, und dann wird die Polarität gewechselt. Nach der Umschaltung geht der Strompegel auf den gewünschten Pegel.
Des Weiteren können der Hintergrundstrom 111' und der Hintergrundstrom 111 in beispielhaften Ausführungsformen die gleiche absolute Wertgrößenordnung (mit entgegengesetzter Polarität) haben, während in anderen Ausführungsformen die Größenordnungen verschieden sein können. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt der Hintergrundstrom 111 (der zusammen mit den wärmeerhöhenden Stromimpulsen 150 verwendet wird) im Bereich von 50 bis 75 A und hat eine entgegengesetzte Polarität zum Hintergrund 111'.
Somit können die Stromwellenformen der vorliegenden Erfindung entweder während oder vor dem Schweißen dafür verwendet werden, die Wärmezufuhr in die Schweißnaht zu erhöhen oder zu verwalten, um den Einbrand oder das Benetzen der Schweißfuge zu verstärken. Wie zuvor beschrieben, können die wärmeerhöhenden Stromimpulse 150 auf verschiedene Weise modifiziert oder implementiert werden, um die Wärmezufuhr in die Schweißnaht zu erhöhen. Das heißt, die Frequenz, der Spitzenstrom, die Impulsbreite und/oder die Menge der Impulse 150 können modifiziert werden, um die gewünschte Menge an Wärmezufuhr bereitzustellen. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, dass die Impulse 150 in irgendeiner Reihe von Impulsen die gleiche Impulsbreiten- oder Spitzenstromgrößenordnung haben. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können der Spitzenstrom 151 und/oder die Impulsbreite der anschließenden Impulse 150 innerhalb einer bestimmten Reihe (oder innerhalb eines bestimmten Zyklus 101) abnehmen. Wenn zum Beispiel eine Reihe von 4 Impulsen 150 in einem Zyklus 101 verwendet werden, so hat jeder anschließende Impuls eine niedrigere Stromspitze 151 als der vorangehende Impuls. In anderen Ausführungsformen können der Strom und/oder die Impulsbreite zunehmen.
Wie zuvor beschrieben, werden die Impulse 150 nicht zum Übertragen von Tröpfchen von der Schweißelektrode zur Schweißpfütze verwendet, sondern werden statt dessen zur bedarfsweisen Erhöhung der Wärmezufuhr zur Schweißpfütze verwendet. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Impulse 150 einen höheren Spitzenstrompegel 151 als der Hintergrundpegel, und in einigen Ausführungsformen liegt er im Bereich von 50 bis 250 A. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Spitzenstrompegel 151 der Impulse 150 im Bereich von 100 bis 250 A. Die Impulsbreite eines einzelnen Impulses 180 liegt im Bereich von 0,5 bis 2 ms. In den meisten Ausführungsformen ist die Impulsbreite des einzelnen Impulses 50 kleiner als die Impulsbreite der Tröpfchentransferfunktion oder des Tröpfchentransferimpulses. Natürlich sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Bereiche beschränkt, da auch andere Werte verwendet werden können, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jedoch ist in den meisten beispielhaften Ausführungsformen der Spitzenstrompegel 151 der Impulse 150 niedriger als der Spitzenstrom der Wellenform (beispielsweise 131) und der Hintergrundpegel.
Diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mittels ähnlicher Schweißstromversorgungen und Ausrüstungen, wie im vorliegenden Text beschrieben, und mittels einer ähnlichen Steuerungsmethodologie implementiert werden, so dass eine Wiederholung dieser Beschreibung nicht notwendig ist. Natürlich muss die verwendete Ausrüstung oder Stromversorgung in der Lage sein, ein Schweißsignal zu erzeugen, das rasch zwischen Polaritäten umschalten kann, wie in 8 gezeigt. Zum Beispiel ist eine Stromversorgung, wie beispielsweise das Modell PowerWave^® von der Lincoln Electric Company aus Cleveland, Ohio, zu einem solchen Schweißen befähigt.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Schweißwellenform 100 verwendet werden, die aus einer Kombination von Zyklen besteht, wie in 1A und 6 gezeigt. Das heißt, die Wellenform 100 kann eine Kombination aus Zyklen 101 haben, wobei der gesamte Zyklus eine gleiche Polarität und Zyklen 101 hat, wie mit Bezug auf 6 beschrieben wurde. Solche Ausführungsformen stellen zusätzliche Wärmezufuhrmodulationsfähigkeiten bereit. Zum Beispiel kann eine Wellenform 100 verwendet werden, die mehrere Zyklen 101 hat, wie in 1A gezeigt, gefolgt von mehreren Zyklen, wie in 8 gezeigt. In Ausführungsformen der Erfindung kann der Anzahl jeweiliger Zyklen in der Wellenform 100 variiert werden, um die Steuerung der Wärmezufuhr zu maximieren. Das heißt, es ist nicht notwendig, dass die jeweiligen Anzahlen von Zyklen 101 jedes Typs die gleichen sind.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Zyklen 101 in der Wellenform 100 die Polaritäten wechseln. Das heißt, die Wellenform 100 kann mehrere Zyklen 101 enthalten, die wie der Zyklus 101 in 8 aussehen, und kann mehrere Zyklen 101 umfassen, die das Spiegelbild von 8 sind, wobei die Impulse 150 und der Hintergrund 111 eine negative Polarität haben und der Rest der Zyklus 101 eine positive Polarität hat.
Die oben beschriebene Flexibilität erlaubt das Erzeugen von Schweißwellenformen, die die Wärmezufuhr in eine Schweißnaht präzise verwalten und steuern. Des Weiteren erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung es einem Nutzer, die Wärmezufuhr in eine Schweißnaht sorgfältig mittels einer vielseitigen Schweißwellenform zu steuern und zu verwalten. Des Weiteren sind, wie bei den in den 1A und 3A bis 3D beschriebenen Ausführungsformen, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung von Impulsen 130 wie die, die in diesen Figuren gezeigt sind, und verschiedene andere Arten von Impulsschweißwellenformen, die einen Hintergrundabschnitt in der Wellenform verwenden, beschränkt.
Zusammenfassend ausgedrückt, werden ein Verfahren und ein System zum Erhöhen, Steuern und Verwalten der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht während eines Lichtbogenschweißprozesses offenbart. Eine Reihe von elektrischen Lichtbogenimpulsen werden zwischen einer vorangeschobenen Schweißelektrode und einem Metallwerkstück mittels eines elektrischen Lichtbogenschweißsystems erzeugt, das in der Lage ist, eine elektrische Schweißwellenform zu erzeugen, um die elektrischen Lichtbogenimpulse zu erzeugen. Ein Zyklus der elektrischen Schweißwellenform enthält eine Abschnürstromphase, die einen zunehmenden Abschnürstrompegel bereitstellt, eine Spitzenstromphase, die einen Spitzenstrompegel bereitstellt, eine Ausklingstromphase, die einen abnehmenden Ausklingstrompegel bereitstellt, und eine Hintergrundstromphase, die einen Hintergrundstrompegel bereitstellt. Mindestens ein wärmeerhöhender Stromimpuls des Zyklus, der einen wärmeerhöhenden Strompegel bereitstellt, wird während der Hintergrundstromphase erzeugt, wobei der wärmeerhöhende Strompegel über dem Hintergrundstrompegel liegt. Der Zyklus der elektrischen Schweißwellenform mit dem mindestens einen wärmeerhöhenden Stromimpuls kann wiederholt werden, bis der Lichtbogenschweißprozess vollendet ist. Die wärmeerhöhenden Stromimpulse dienen zum Wiedererwärmen der Pfütze und des umgebenden Bereichs, um den Einbrand zu verstärken. Eine solche Erhöhung der Wärme, die durch die wärmeerhöhenden Stromimpulse erzeugt wird, kann zum Beispiel beim Schweißen eines Stoßes mit Stegabstand erwünscht sein, um einen besseren Einbrand zu erreichen, ohne die Fluidität der Pfütze zu erhöhen. Die wärmeerhöhenden Impulse haben keine so große Amplitude, dass Tröpfchen über den Lichtbogen übertragen werden, und haben keine so große Impulsbreite, dass sie das Schweißsystem über den Kurzschlusslichtbogenübergang in einen tröpfchenförmigen Werkstofftransfer zwingen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen haben die wärmeerhöhenden Impulse eine entgegengesetzte Polarität zu den Abschnür-, Spitzen- und Ausklingstrompolaritäten.
Obgleich die Erfindung anhand konkreter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente substituiert werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen. Darum ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkret offenbarte Ausführungsform zu beschränken ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen beinhaltet, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
Wir wenden uns nun den zusätzlichen Zeichnungen zu, deren Darstellungen allein dem Zweck der Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und nicht dem Zweck ihrer Einschränkung dienen. 9 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild des Schweißsystems 800, das mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode E und einem Werkstück W wirkverbunden ist. Das Schweißsystem 900 enthält eine Schaltstromversorgung 910, die das Schweißsystem 900 mit Energie versorgt, wobei der zugeführte Energie Strom enthalten kann, der eine positive Polarität hat, eine negative Polarität hat, der Wechselstrom ist, Gleichstrom ist, oder zwei oder mehr davon ist, wobei zwischen diesen umgeschaltet werden kann. Die Schaltstromversorgung 910 enthält einen Leistungswandlerkreis 912, der eine Schweißausgangsleistung zwischen der Schweißelektrode E und dem Werkstück W bereitstellt. Der Leistungswandlerkreis 912 kann auf einem Transformator basieren und eine Halbbrückenausgangstopologie aufweisen. Zum Beispiel kann der Leistungswandlerkreis 912 von einem Wechselrichtertyp sein, der zum Beispiel eine Eingangsleistungsseite und eine Ausgangsleistungsseite enthält, wie durch die primäre bzw. die sekundäre Seite eines Schweißtransformators abgegrenzt dargestellt ist. Andere Arten von Leistungswandlungskreisen sind ebenfalls möglich, wie zum Beispiel ein Zerhackertyp mit einer Gleichstromausgangstopologie. Eine Drahtzufuhrvorrichtung 5 führt eine aufzehrbare Drahtschweißelektrode E in Richtung des Werkstücks W. Die Drahtzufuhrvorrichtung 5, die aufzehrbare Schweißelektrode E und das Werkstück W bilden keinen Teil des Schweißsystems 900, können aber mit dem Schweißsystem 100 über ein (nicht gezeigtes) Schweißausgangskabel wirkverbunden sein.
Das Schweißsystem 900 enthält außerdem eine Wechselstromkomponente 914. Die Wechselstromkomponente 914 stellt Wechselstrom für das Schweißsystem 900 bereit. Die Wechselstromkomponente 914 kann zum Beispiel ein Hybridbrückenkreis sein, der einen Hauptbrückenkreis und einen Nebenbrückenkreis hat, wobei der Hauptbrückenkreis mit dem Leistungswandlerkreis 912 wirkverbunden ist und dafür konfiguriert ist, eine Richtung des Ausgangsstroms durch einen Niedrigimpedanz-Schweißausgangskreispfad (der die Elektrode E und das Werkstück W enthält), der mit einem Schweißausgang des Schweißsystems 900 wirkverbunden ist, auf Befehl der Steuereinheit 930 umzuschalten.
Das Schweißsystem 900 enthält des Weiteren einen Wellenformgenerator 920 und eine Steuereinheit 930. Der Wellenformgenerator 920 erzeugt Schweißwellenformen auf Befehl der Steuereinheit 930. Eine durch den Wellenformgenerator 920 erzeugte Wellenform moduliert das Ausgangssignal des Leistungswandlerkreises 912, um den Schweißausgangsstrom zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W zu erzeugen.
Das Schweißsystem 900 kann des Weiteren den Spannungsrückkopplungskreis 940 und den Stromrückkopplungskreis 960 enthalten, um die Schweißausgangspannung und den Schweißausgangsstrom zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W zu überwachen und die Rückmeldung der überwachten Spannung und des überwachten Stroms an die Steuereinheit 930 zu übermitteln. Die Rückkopplungsspannung und der Rückkopplungsstrom können durch die Steuereinheit 930 verwendet werden, um Entscheidungen mit Bezug auf das Modifizieren der durch den Wellenformgenerator 920 erzeugten Schweißwellenform zu treffen und/oder andere Entscheidungen zu treffen, die zum Beispiel den sicheren Betrieb des Schweißsystems 900 berühren.
Es versteht sich, dass das Schweißsystem 900 einen gemessenen Parameter des Schweißprozesses verwenden kann, um einen Abschnitt einer durch den Wellenformgenerator 920 erzeugten Schweißwellenform zu justieren. In einer Ausführungsform kann der Messungsparameter eine Ableitung eines Schweißparameters im zeitlichen Verlauf während des Schweißprozesses sein, wie zum Beispiel eine Ableitung eines Strommesswertes, eine Ableitung eines Spannungsmesswertes, eine Ableitung eines Widerstandsmesswertes oder eine Ableitung der Leistung. Darüber hinaus kann die Ableitung des Schweißparameters in Echtzeit detektiert werden. In einer Ausführungsform kann die Ableitung eines Schweißparameters ein Auslöser für eine Veränderung in einem Schweißprozess, einer Wellenform, eines Abschnitts einer Wellenform oder einer Kombination davon sein.
Wie oben angesprochen, implementiert das Schweißsystem 900 einen Strom mit negativer Polarität (über eine Wellenform), um den Schweißausgangsstrom zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W zu erzeugen. Die Verwendung eines Abschnitts einer Wellenform mit einer negativen Polarität realisiert eine Reihe von Nutzeffekten und Vorteilen für ein Schweißsystem und/oder einen Schweißprozess. Die negative Polarität der Wellenform stellt einen kälteren Lichtbogenschweißprozess bereit, da die Stromamplitude, die bei der negativen Polarität für ein Ereignis verwendet wird (beispielsweise eine Spitzenstromphase, eine Kurzschlussaufhebungsrampenphase, eine Abklingstromphase usw.), kleiner ist als die Stromamplitude, die bei der positiven Polarität für ein solches Ereignis erforderlich ist. Darüber hinaus erlaubt es die negative Polarität der Wellenform, dass sich das schmelzflüssige Tröpfchen schneller bilden kann als bei einer positiven Polarität der Wellenform. Zum Beispiel erwärmt die negative Polarität die Elektrode 280 und nicht die Pfütze, wobei eine positive Polarität in der Regel die Pfütze erwärmt. Darüber hinaus vertieft die negative Polarität für die Wellenform die Pfütze im Fall von GMAW-Prozessen weniger als bei Verwendung der positiven Polarität. In einer Ausführungsform kann ein Surface Tension Transfer (STT) einen Abschnitt eines Stroms mit negativer Polarität über eine Wellenform verwenden. Es versteht sich, dass der negative Abschnitt einer Wellenform mit Schweißprozessen wie zum Beispiel Surface Tension Transfer(STT)-Schweißprozessen, einem GMAW-Prozess oder einem Lichtbogenschweißprozess verwendet werden kann.
Darüber hinaus versteht es sich, dass die vorliegende Innovation von einer Zunahme mit einem negativen Strom und einer Abnahme mit einem negativen Strom spricht, wobei eine Zunahme mit einem negativen Strompegel (zum Beispiel innerhalb einer negativen Polarität) meint, dass sich der negative Strompegel dem Null-Strompegel oder einem positiven Strompegel nähert, und eine Abnahme mit einem negativen Strompegel (zum Beispiel innerhalb einer negativen Polarität) meint, dass sich der negative Strompegel vom Null-Strompegel oder einem positiven Strompegel zurückzieht. Zum Beispiel würde – zum Zweck der vorliegenden Innovation – eine Zunahme von 1 Einheit auf einen Strompegel von –5 auf einen Strompegel von –4 bedeuten (beispielsweise nähert sich der negative Strompegel einem Null-Strompegel), und eine Abnahme von 1 Einheit auf einen Strompegel von –5 würde auf einen Strompegel von –6 bedeuten (zum Beispiel zieht sich der negative Strompegel vom Null-Strompegel (fort) zurück).
10 veranschaulicht eine Schweißausgangsstromwellenform 1000. Die Wellenform 1000 enthält eine Hintergrundstromphase 1010, eine Kurzschlussaufhebungsrampenphase 1020, eine Spitzenstromphase 1030 und eine Ausklingstromphase 1040. Während der Hintergrundstromsektion 1010 wird ein Ausgangsstrompegel der Wellenform 1000 auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität geregelt. Während der Kurzschlussaufhebungsrampenphase 1020 wird der Ausgangsstrompegel der Wellenform 1000 in eine negative Polarität hinein verringert (beispielsweise gesenkt), wodurch der Ausgangsstrompegel unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität sowie null (0) verringert wird. Während der Spitzenstromphase 1030 wird der Ausgangsstrompegel von dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität fort weiter in die negative Polarität hinein auf einen negativen Spitzenstrompegel verringert, wobei der negative Spitzenstrompegel ein negativster Strompegel mit der Wellenform 1000 ist. Während der Ausklingstromphase 1040 wird der Ausgangsstrom in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität erhöht.
Während eines Schweißvorgangs unter Verwendung der Wellenform 1000 entsteht während Stufe A, wie in 10 veranschaulicht (d. h. während der Hintergrundstromphase 1010), ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen 1050 am Ende der aufzehrbaren Schweißelektrode 1060. Während Stufe B, wie in 10 veranschaulicht (d. h. während der Kurzschlussaufhebungsrampenphase 1020), stellt das schmelzflüssige Metalltröpfchen 1060 einen Kurzschluss zum Werkstück 1070 her, und der Strom wird in Richtung null und einer negativen Polarität des Stroms unter null verringert, wodurch das schmelzflüssige Metalltröpfchen 1060 in eine Pfütze auf dem Werkstück 1070 hinein netzen kann. Während Stufe C, wie in 10 veranschaulicht (d. h. während der Kurzschlussaufhebungsrampenphase 1020), wird ein rampenförmiger Strom (zum Beispiel mit einem negativen Gefälle) an den Kurzschluss angelegt, um zu helfen , dass sich das schmelzflüssige Metalltröpfchen 1050 am Ende der Elektrode 1060 in die Pfütze auf dem Werkstück 1070 hinein abschnüren kann. Während Stufe D, wie in 10 veranschaulicht (d. h. während der Spitzenstromphase 1030), wird der Strom auf einen negativen Spitzenstrompegel verringert (stärker negativ und vom Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität fort), wodurch sich der Schweißlichtbogen 1080 problemlos erneut zwischen der Elektrode 1060 und dem Werkstück 1070 ausbilden kann, nachdem sich das schmelzflüssige Metalltröpfchen 1060 von der Elektrode 1060 abgeschnürt hat, so dass der Kurzschluss aufgehoben wird. Während Stufe E, wie in 10 veranschaulicht (d. h. während der Ausklingstromphase 1040), wird der Strom erhöht (in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität), wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen am distalen Ende der Elektrode 1060 gebildet wird. Während der Ausklingstromphase 1040 wird die erzeugte Wärme durch Steuern der Rate gesteuert, mit der der Strom von einem Spitzenstrompegel zu einem Hintergrundstrompegel übergeht. Die Wellenform wird während des Schweißprozesses wiederholt, um eine Schweißnaht zu bilden.
Nach der Ausklingstromphase 1040 wird erneut in die Hintergrundstromphase 1010 eingetreten, wodurch der Hintergrundstrompegel bereitstellt wird und ein im Wesentlichen gleichmäßiges nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen 1098 am distalen Ende der Elektrode 1060 gebildet wird (Stufe A). Nach einer Hintergrundstromphase 1010 (zum Beispiel nach einem ersten Zyklus der Wellenform 1000 und nach der Ausklingstromphase 1040) wird mindestens ein wärmeerhöhender Stromimpuls 1060 gebildet, wodurch ein Zwischenstrompegel 1051 entsteht, der größer ist als der positive Hintergrundstrompegel und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels. Der wärmeerhöhende Stromimpuls 1060 kann innerhalb der Hintergrundstromphase 1010 periodisch wiederholt werden, bis ein nächster Kurzschluss zwischen dem schmelzflüssigen Metalltröpfchen 1098 und dem Werkstück 1070 eintritt; in diesem Moment erlischt der Lichtbogen 1098, und der Strompegel der Wellenform 1000 sinkt unter den Hintergrundstrompegel in eine negative Polarität hinein (beispielsweise unter null (0)), wodurch das nächste schmelzflüssige Tröpfchen 1098 in die Pfütze auf dem Werkstück 1070 hinein netzen kann (Stufe B).
Die wärmeerhöhenden Stromimpulse 1050 dienen der Wiedererwärmung der Pfütze und des umgebenden Bereichs, um den Einbrand zu verstärken. Eine solche Erhöhung der Wärme, die durch die wärmeerhöhenden Stromimpulse 1050 erreicht wird, kann zum Beispiel beim Schweißen eines Stoßes mit Stegabstand erwünscht sein, um einen besseren Einbrand zu erreichen, ohne dass die Fluidität der Pfütze zunimmt. Die wärmeerhöhenden Impulse haben keine so große Amplitude, dass Tröpfchen über den Lichtbogen übertragen werden, und haben keine so große Impulsbreite, dass das Schweißsystem oberhalb des Kurzschlusslichtbogenübergangs in einen tröpfchenförmigen Werkstofftransfer gezwungen wird. Auch hier wird im Allgemeinen der Zyklus 1001 periodisch während des Lichtbogenschweißprozesses wiederholt, um die resultierende Schweißnaht zu erzeugen. Jedoch kann der Zyklus 1001 ohne die gleiche Anzahl von wärmeerhöhenden Impulsen 1051 und eventuell ohne Kurzschlussaufhebungsrampenphase 1020 wiederholt werden, wenn kein Kurzschluss eintritt. Im Sinne des vorliegenden Textes meint der Begriff „Strompegel” eine Stromamplitude, die im Wesentlichen stabil ist, aber aufgrund der etwas unpräzisen Natur des Erzeugens einer elektrischen Schweißwellenform einige Schwankungen aufweisen kann. Obgleich der Stromimpuls 1050 mit einer positiven Polarität veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die Polarität des Stromimpulses 1050 einen positiven Abschnitt, einen negativen Abschnitt oder das Umschalten zwischen einem positiven Abschnitt und einem negativen Abschnitt enthalten kann. Des Weiteren versteht es sich, dass der Stromimpuls 1050 eine Breite (beispielsweise Dauer) enthalten kann, die auf der Basis einer Einstellung justierbar ist (beispielsweise dynamisch justiert, benutzerdefiniert, vordefiniert, oder eine Kombination davon). In einer Ausführungsform kann die Breite (beispielsweise die Dauer des Impulses) jedes Stromimpulses 1050 auf der Basis einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit variieren. Zum Beispiel kann mit zunehmender Drahtzufuhrgeschwindigkeit eine Breite (beispielsweise eine Zeitdauer) des Stromimpulses 1050 zunehmen.
11 veranschaulicht eine Schweißausgangsstromwellenform 1100. Die Wellenform 1100 ist zur Verwendung in einem Kurzschlusstransferschweißprozess ausgelegt, der als ein Surface Tension Transfer(STT)-Prozess bekannt ist. 11 veranschaulicht einen Zyklus 1101 der elektrischen Schweißwellenform 1100, die in einem Lichtbogenschweißprozess verwendet wird. 11 veranschaulicht des Weiteren verschiedene Stufen (A bis E) des Lichtbogenschweißprozesses über den Zyklus 1101 unter Verwendung der elektrischen Schweißwellenform 1100, wobei die Beziehung zwischen der Schweißelektrode 1191 und dem Metallwerkstück 1199 gezeigt ist. Während eines Lichtbogenschweißprozesses werden eine Reihe von elektrischen Lichtbogenimpulsen zwischen der vorangeschobenen Elektrode 1191 und dem Metallwerkstück 1199 unter Verwendung eines elektrischen Lichtbogenschweißsystems erzeugt, das in der Lage ist, eine elektrische Schweißwellenform 1100 zu erzeugen, um die elektrischen Lichtbogenimpulse zu erzeugen. Im Allgemeinen wird der Zyklus 1101 während des Lichtbogenschweißprozesses periodisch wiederholt, um die resultierende Schweißnaht zu erzeugen. Jedoch kann der Zyklus 1101 auch ohne die gleiche Anzahl von wärmeerhöhenden Impulsen 1150 und eventuell ohne Abschnürstromphase 1120 wiederholt werden, wenn kein Kurzschlusszustand eintritt.
Der Zyklus 1101 der elektrischen Schweißwellenform 1100 enthält eine Hintergrundstromphase 1110, die einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität 1111 bereitstellt, eine Abschnürstromphase 1120, die einen gleichförmig abnehmenden Abschnürstrompegel 1121 (von dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität fort) bereitstellt, eine Spitzenstromphase 1130, die einen negativen Spitzenstrompegel 1131 bereitstellt, und eine Ausklingstromphase 1140, die einen gleichförmig zunehmenden Ausklingstrompegel 1141 (in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität) bereitstellt.
Während der Hintergrundstromphase 1110 wird ein elektrischer Lichtbogen 1196 zwischen der Elektrode 1191 und dem Werkstück 1199 aufrecht erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen 1192 an einem distalen Ende der Elektrode 1191 entsteht (siehe Stufe A). Bei Stufe B bildet ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen 1192, das immer noch mit der Elektrode 1191 verbunden ist, einen Kurzschluss zu dem Werkstück 1199. Wenn der Kurzschlusses eintritt, so wird der Lichtbogen 1195 ausgelöscht, und der Strompegel der Wellenform 1100 sinkt unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität 1111 auf den Strompegel 1112, wodurch das schmelzflüssige Tröpfchen 1192 in eine Pfütze auf dem Werkstück 1199 hinein netzen kann.
Während der Abschnürstromphase 1120 wird der Strompegel der Wellenform 1100 gleichförmig (zum Beispiel rampenförmig mit einem negativen Gefälle) unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität 1111 in eine negative Polarität hinein verringert, wodurch ein negativer Abschnürstrompegel 1121 bereitgestellt wird, der veranlasst, dass das kurzgeschlossene schmelzflüssige Metalltröpfchen 1192 beginnt, sich von dem distalen Ende der Elektrode 1191 in die Pfütze des Werkstücks 1199 hinein abzuschnüren, wie in Stufe C gezeigt. Wenn das schmelzflüssige Metalltröpfchen 1192 kurz davor steht, sich von der Elektrode 1191 abzuschnüren, so wird der Strompegel der Wellenform 1100 in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität 1111 auf den Strompegel 1112 erhöht, um Schweißspritzer zu vermeiden, und der Lichtbogen 1196 wird erneut zwischen der Elektrode 1191 und dem Werkstück 1199 hergestellt.
Sobald der Lichtbogen 1196 wiederhergestellt ist, tritt die Wellenform 1100 in eine Spitzenstromphase 1130 ein. Während der Spitzenstromphase 1130 wird der Strompegel der Wellenform 1100 (von dem Hintergrundstrom der positiven Polarität 1111 fort) auf den negativen Spitzenstrompegel 1131 verringert und dort gehalten. Gemäß einer Ausführungsform ist der absolute Wert des negativer Spitzenstrompegels 1131 der höchste Strompegel der Wellenform 1100 und baut einen Lichtbogen 1197 zwischen der Elektrode 1191 und dem Werkstück 1199 mit genügender Stärke auf, um das Ausbilden des nächsten schmelzflüssigen Metalltröpfchens 1198 am distalen Ende der Elektrode 1191 zu beginnen.
Nach der Spitzenstromphase 1130 tritt die Wellenform 1100 in eine Ausklingstromphase 1140 ein. Während der Ausklingstromphase 1140 sinkt der Strompegel der Wellenform 1100 gleichförmig (beispielsweise exponentiell) in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität 1111, wodurch der zunehmende Ausklingstrompegel 1141 entsteht. Der Strom der Wellenform 1100 trägt Wärme in die Schweißnaht ein. Die Ausklingstromphase 1140 fungiert als eine grobe Wärmesteuerungsphase für die Wellenform 1100, während die Hintergrundstromphase 1110 als eine feine Wärmesteuerungsphase für die Wellenform 1100 fungiert. Jedoch kann es in bestimmten Lichtbogenschweißanwendungen wünschenswert sein, eine zusätzliche Wärmezufuhrsteuerung bereitzustellen.
Nach der Ausklingstromphase 1140 wird erneut in die Hintergrundstromphase 1110 eingetreten, die einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität 1111 bereitstellt und ein im Wesentlichen gleichmäßiges nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen 1198 am distalen Ende der Elektrode 1191 bildet (zweite Stufe A). Während der Hintergrundstromphase 1110 wird mindestens ein wärmeerhöhender Stromimpuls 1160 erzeugt, der einen Zwischenstrompegel 1161 bereitstellt, der größer als der Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität 1111 und kleiner als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels 1131 ist. Der wärmeerhöhende Stromimpuls 1160 kann innerhalb der Hintergrundstromphase 1110 periodisch wiederholt werden, bis ein nächster Kurzschluss zwischen dem schmelzflüssigen Metalltröpfchen 1198 und dem Werkstück 1199 entsteht; in diesem Moment wird der Lichtbogen 1195 ausgelöscht, und der Strompegel der Wellenform 1100 sinkt unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität 1111 auf den Strompegel 1112, was es dem nächsten schmelzflüssigen Tröpfchen 1188 erlaubt, in die Pfütze auf dem Werkstück 1199 hinein zu netzen (Stufe B).
Die wärmeerhöhenden Stromimpulse 1150 dienen der Wiedererwärmung der Pfütze und des umgebenden Bereichs, um den Einbrand zu verstärken. Eine solche Erhöhung der Wärme, die durch die wärmeerhöhenden Stromimpulse 1160 herbeigeführt wird, kann beispielsweise beim Schweißen eines Stoßes mit Stegabstand erwünscht sein, um den Einbrand zu verstärken, ohne die Fluidität der Pfütze zu vergrößern. Die wärmeerhöhenden Impulse haben keine so große Amplitude, dass Tröpfchen über den Lichtbogen übertragen werden, und haben keine so große Impulsbreite, dass das Schweißsystem oberhalb des Kurzschlusslichtbogenübergangs in einen tröpfchenförmigen Werkstofftransfer gezwungen wird. Auch hier wird im Allgemeinen der Zyklus 1101 während des Lichtbogenschweißprozesses periodisch wiederholt, um die resultierende Schweißnaht zu erzeugen. Jedoch kann der Zyklus 1101 ohne die gleiche Anzahl von wärmeerhöhenden Impulsen 1151 und eventuell ohne Abschnürstromphase 1120 wiederholt werden, wenn kein Kurzschluss eintritt. Im Sinne des vorliegenden Textes meint der Begriff „Strompegel” eine Stromamplitude, die im Wesentlichen stabil ist, aber aufgrund der etwas unpräzisen Natur des Erzeugens einer elektrischen Schweißwellenform einige Schwankungen aufweisen kann. Obgleich der Stromimpuls 1150 mit einer positiven Polarität veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die Polarität des Stromimpulses 1150 einen positiven Abschnitt, einen negativen Abschnitt oder das Umschalten zwischen einem positiven Abschnitt und einem negativen Abschnitt enthalten kann. Des Weiteren versteht es sich, dass der Stromimpuls 1150 eine Breite (zum Beispiel eine Dauer, eine Zeitdauer) enthalten kann, die auf der Basis einer Einstellung justierbar ist (beispielsweise dynamisch justiert, benutzerdefiniert, vordefiniert, oder eine Kombination davon). In einer Ausführungsform kann die Breite (beispielsweise Dauer) jedes Stromimpulses 1150 auf der Basis einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit variieren. Zum Beispiel kann mit zunehmender Drahtzufuhrgeschwindigkeit eine Breite (beispielsweise Zeitdauer) des Stromimpulses 1150 zunehmen.
12 veranschaulicht ein System 1200, das dafür konfiguriert ist, Wellenformen gemäß mindestens einer der Wellenform 1000 (von 10) oder der Wellenform 1100 (von 11) zu erzeugen. Die verschiedenen funktionalen Fähigkeiten des Systems 900 von 9, das die Wellenformen 1000 und/oder 1100 von 10 bzw. 11 verwendet, können unter Verwendung der Konfigurationen von elektronischen Komponenten implementiert werden, die analoge und/oder digitale elektronische Komponenten enthalten können. Eine Komponente kann beispielsweise ein Abschnitt von Software, ein Abschnitt von Hardware oder eine Kombination davon sein. Das System 1200 enthält mindestens eine Komponente 1210, wobei die Komponente 1210 den Prozessor 1220 enthält, der mit dem Speicher 1230 gekoppelt ist. Der Speicher 1230 speichert mindestens eine Instruktion, die durch den Prozessor 1220 ausgeführt werden kann. Solche Konfigurationen von elektronischen Komponenten können zum Beispiel Impulsgeneratoren, Timer, Zähler, Gleichrichter, Transistoren, Wechselrichter, Oszillatoren, Schalter, Transformatoren, Wellenformer, Verstärker, Zustandsmaschinen, digitale Signal-Prozessoren, Mikroprozessoren und Mikrocontroller enthalten. Abschnitte solcher Konfigurationen können programmierbar sein, um die Implementierung flexibel zu machen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das System 1200 eine geeignete Anzahl von Konfigurationen von elektrischen Komponenten, wie zum Beispiel eine Konfiguration von elektrischen Komponenten, bis Konfiguration von elektrischen Komponenten_N, wobei N eine positive ganze Zahl ist. In einer Ausführungsform enthält das System eine erste Konfiguration von elektronischen Komponenten, die eine Hintergrundstromphase, eine Spitzenstromphase und eine Ausklingstromphase der elektrischen Schweißwellenform generieren, wobei die Hintergrundstromphase einen positiven Hintergrundstrompegel bereitstellt, die Spitzenstromphase einen negativen Spitzenstrompegel bereitstellt, und die Ausklingstromphase einen gleichförmig ansteigenden Ausklingstrompegel in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels bereitstellt. In einer Ausführungsform enthält das System 1200 eine zweite Konfiguration von elektronischen Komponenten, die eine Kurzschlussaufhebungsrampenphase der elektrischen Schweißwellenform generieren, wobei die Kurzschlussaufhebungsrampenphase einen abnehmenden Strompegel mit einer positiven Polarität von Strom für die elektrische Schweißwellenform bereitstellt.
In einer Ausführungsform enthält das System 1200 eine dritte Konfiguration von elektronischen Komponenten, die mindestens einen wärmeerhöhenden Stromimpuls der elektrischen Schweißwellenform während der Hintergrundstromphase generieren, wobei der mindestens eine wärmeerhöhende Stromimpuls auf einem Zwischenstrompegel liegt, der größer ist als der positive Hintergrundstrompegel und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels. In einer Ausführungsform enthält das System 1200 eine vierte Konfiguration von elektronischen Komponenten, die einen Strompegel der elektrischen Schweißwellenform in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels an einem Ende der Hintergrundstromphase erhöhen, nachdem die Elektrode einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt hat. In einer Ausführungsform enthält das System 1200 eine fünfte Konfiguration von elektronischen Komponenten, die einen Strompegel der elektrischen Schweißwellenform in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels an einem Ende der Kurzschlussaufhebungsrampenphase in der Erwartung erhöhen, dass der Kurzschluss zwischen der Elektrode und dem Werkstück aufgehoben wird. In einer Ausführungsform enthält das System 1200 eine sechste Konfiguration von elektronischen Komponenten, um die Hintergrundstromphase, die Kurzschlussaufhebungsrampenphase, die Spitzenstromphase und die Ausklingstromphase der Reihe nach periodisch neu zu generieren, so dass die Hintergrundstromphase den mindestens einen wärmeerhöhenden Stromimpuls enthält.
In einer Ausführungsform ist die Komponente 1210 ein Computer, der dafür ausgelegt ist, die offenbarten Methodologien und Prozesse auszuführen, einschließlich der im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren 1300 und 1400. Um zusätzlichen Kontext für verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, soll die folgende Besprechung eine kurze, allgemeine Beschreibung einer geeigneten Computerumgebung darstellen, in der die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert werden können. Obgleich die Erfindung oben im allgemeinen Kontext computerausführbarer Instruktionen beschrieben wurde, die auf einem oder mehreren Computern ablaufen können, ist dem Fachmann klar, dass die Erfindung auch in Kombination mit anderen Programmmodulen und/oder als eine Kombination von Hardware und Software implementiert werden kann. Allgemein enthalten Programmmodule Routinen, Programme, Komponenten, Datenstrukturen usw., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren.
Darüber hinaus leuchtet dem Fachmann ein, dass die erfindungsgemäßen Verfahren auch mit anderen Computersystemkonfigurationen praktiziert werden können, einschließlich Einzelprozessor- oder Mehrprozessorcomputersystemen, Minicomputern, Großrechnern sowie Personalcomputern, handgehaltenen Computergeräten, Mikroprozessor-basierter oder programmierbarer Konsumelektronik und dergleichen, die jeweils mit einem oder mehreren zugehörigen Geräten wirkgekoppelt sein können. Die veranschaulichten Aspekte der Erfindung können auch in dezentralen Computerumgebungen praktiziert werden, wo bestimmte Aufgaben durch räumlich abgesetzte Verarbeitungsgeräte ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander vernetzt sind. In einer dezentralen Computerumgebung können Programmmodule sowohl in lokalen als auch in räumlich abgesetzten Speichervorrichtungen angeordnet sein. Zum Beispiel können eine räumlich abgesetzte Datenbank, eine lokale Datenbank, eine Cloud-Computerplattform, eine Cloud-Datenbank oder eine Kombination davon mit der Komponente 1210 verwendet werden.
Die Komponente 1210 kann eine beispielhafte Umgebung zur Implementierung verschiedener Aspekte der Erfindung verwenden, einschließlich eines Computers, wobei der Computer eine Verarbeitenseinheit, einen Systemspeicher und einen Systembus enthält. Der Systembus koppelt Systemkomponenten, einschließlich beispielsweise des Systemspeichers, mit der Verarbeitenseinheit. Die Verarbeitenseinheit kann ein beliebiger aus verschiedenen handelsüblichen Prozessoren sein. Duale Mikroprozessoren und andere Mehrprozessorarchitekturen können ebenfalls als die Verarbeitenseinheit verwendet werden.
Der Systembus kann eine beliebige von verschiedenen Arten einer Busstruktur sein, einschließlich eines Speicherbusses oder Speichercontrollers, eines peripheren Busses und eines lokalen Busses, die eine Vielzahl verschiedener handelsüblicher Busarchitekturen verwenden. Der Systemspeicher kann Nurlesespeicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher (RAM) enthalten. Ein Basic Input/Output System (BIOS), das die grundlegenden Routinen enthält, die helfen, Informationen zwischen Elementen innerhalb der Komponente 1210 zu übertragen, wie zum Beispiel während des Hochfahrens, wird im ROM gespeichert.
Die Komponente 1210 kann des Weiteren ein Festplattenlaufwerk, ein Magnetdisklaufwerk, zum Beispiel zum Lesen oder Beschreiben einer Wechseldisk, und ein Optisches-Disk-Laufwerk, zum Beispiel zum Lesen einer CD-ROM-Disk oder zum Lesen oder Beschreiben anderer optischer Medien, enthalten. Die Komponente 1210 kann mindestens eine Form computerlesbarer Medien enthalten. Computerlesbare Medien können beliebige verfügbare Medien sein, auf die durch den Computer zugegriffen werden kann. Als nicht-einschränkende Beispiele können computerlesbare Medien Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien umfassen. Computerspeichermedien enthalten flüchtige und nicht-flüchtige, Wechsel- oder Nichtwechsel-Medien, die in beliebigen Verfahren oder Technologien implementiert sind, zum Speichern von Informationen, wie zum Beispiel computerlesbaren Instruktionen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Zu Computerspeichermedien gehören beispielsweise RAM, ROM, EEPROM, Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, CD-ROM, Digital Versatile Disks (DVD) oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder sonstige Medien, die dafür verwendet werden können, die gewünschten Informationen zu speichern, und auf die durch die Komponente 1210 zugegriffen werden kann.
Kommunikationsmedien verkörpern in der Regel computerlesbare Instruktionen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal, wie zum Beispiel eine Trägerwelle oder andere Transportmechanismen, und beinhalten jegliche Informationsübermittlungsmedien. Der Begriff „moduliertes Datensignal” meint ein Signal, bei dem eine oder mehrere seiner Eigenschaften in einer solchen Weise eingestellt oder geändert werden, dass Informationen in dem Signal codiert werden. Als nicht-einschränkende Beispiele beinhalten Kommunikationsmedien verdrahtete Medien, wie zum Beispiel ein verdrahtetes Netzwerk oder eine direktverdrahtete Verbindung, und Drahtlos-Medien, wie zum Beispiel Hochfrequenz(HF)-, Nahbereichskommunikations(NFC)-, Hochfrequenzidentifikations(RFID)-, Infrarot- und/oder andere Drahtlos-Medien. Kombinationen der oben erwähnten Technologien fallen ebenfalls in den Geltungsbereich computerlesbarer Medien.
Eine Anzahl von Programmmodulen kann in den Laufwerken und im RAM gespeichert werden, einschließlich eines Betriebssystems, eines oder mehrerer Anwendungsprogramme, sonstiger Programmmodule und Programmdaten. Das Betriebssystem in der Komponente 1210 kann ein beliebiges aus einer Anzahl handelsüblicher Betriebssysteme sein.
Der Computer kann in einer vernetzten Umgebung unter Verwendung logischer und/oder physischer Verbindungen mit einem oder mehreren räumlich abgesetzten Computern, wie zum Beispiel einem oder mehreren räumlich abgesetzten Computern, arbeiten. Der oder die räumlich abgesetzten Computer können eine Workstation, ein Server-Computer, ein Router, ein Personalcomputer, ein Mikroprozessor-basiertes Unterhaltungsgerät, ein Peer-Gerät oder ein sonstiger üblicher Netzknoten sein und enthalten in der Regel viele oder alle Elemente, die mit Bezug auf den Computer beschrieben sind. Die gezeigten logischen Verbindungen beinhalten ein Nahbereichsnetz (LAN) und ein Fernbereichsnetz (WAN). Solche Vernetzungsumgebungen finden sich häufig in Büros, unternehmensweiten Computernetzen, Intranets und im Internet.
Bei Verwendung in einer LAN-Vernetzungsumgebung ist der Computer mit dem lokalen Netzwerk durch eine Netzwerkschnittstelle oder einen Adapter verbunden. Bei Verwendung in einer WAN-Vernetzungsumgebung enthält der Computer in der Regel ein Modem oder ist mit einem Kommunikationsserver in dem LAN verbunden oder hat andere Mittel zum Herstellen einer Kommunikation über das WAN, wie zum Beispiel das Internet. In einer vernetzten Umgebung können Programmmodule, die mit Bezug auf den Computer oder Teile davon gezeigt sind, in der räumlich abgesetzten Speichervorrichtung gespeichert werden. Es versteht sich, dass die im vorliegenden Text beschriebenen Netzwerkverbindungen beispielhaft sind und dass auch andere Mittel zum Herstellen eines Kommunikationslinks zwischen den Computern verwendet werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann eine lokale oder Cloud-Computerplattform (beispielsweise eine lokale, Cloud- oder räumlich abgesetzte Computerplattform) für Datenaggregation, -verarbeitung und -übermittlung verwendet werden. Für diesen Zweck kann die Cloud-Computerplattform mehrere Prozessoren, Speicher und Server an einer bestimmten räumlich abgesetzten Stelle enthalten. Unter einem Software-as-a-Service(SaaS)-Regime wird eine einzelne Anwendung durch mehrere Nutzer verwendet, um auf Daten zuzugreifen, die sich in der Cloud befinden. Auf diese Weise werden die Verarbeitungsanforderungen auf einer lokalen Ebene vermindert, da die Datenverarbeitung allgemein in der Cloud stattfindet, wodurch die Nutzernetzwerkressourcen entlastet werden. Die Software-as-a-Service-Anwendung erlaubt es einem Nutzer, sich in einen webgestützten Dienst (zum Beispiel über einen Webbrowser) einzuloggen, der alle Programm hostet, die sich in der Cloud befinden.
In einem Beispiel können mehrere Nutzer auf eine lokale oder Cloud-Datenbank-Computerplattform (beispielsweise eine lokale, eine Cloud- oder eine räumlich abgesetzte Datenbank-Computerplattform) (beispielsweise die Komponente 1210) über eine webgestützte Anwendung auf einem Computergerät, beispielsweise ein Tablet, ein Pad, ein Laptop, ein Mobiltelefon, ei Computer oder eine andere Komponente, zugreifen. Die webgestützte Anwendung kann es einem Nutzer erlauben, bestimmte Berichte, die Daten quantifizieren, in im Wesentlichen jedem beliebigen Format und im Vergleich zu einer beliebigen Anzahl von Messgrößen, beispielsweise Leistungsbenchmarks, und dergleichen, zu konfigurieren. Darüber hinaus können die Software-Anwendungen global aktualisiert und verteilt werden, um sicherzustellen, dass jeder Nutzer die neueste und beste Technologie verwendet.
Vor dem Hintergrund der oben beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen und Elemente lassen sich Methodologien, die gemäß dem offenbarten Gegenstand implementiert werden können, anhand der Flussdiagramme und/oder Methodologien der 13–14 besser bestehen. Die Methodologien und/oder Flussdiagramme werden als eine Reihe von Blöcken gezeigt und beschrieben. Der beanspruchte Gegenstand wird nicht durch die Reihenfolge der Blöcke beschränkt, da einige Blöcke in einer anderen Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Blöcken vorkommen können als in denen, die im vorliegenden Text gezeigt und beschrieben sind. Darüber hinaus brauchen nicht alle veranschaulichten Blöcke erforderlich zu sein, um das Verfahren und/oder die Flussdiagramme, die im Folgenden beschrieben werden, zu implementieren.
Das Folgende findet nacheinander statt, so wie es in dem Entscheidungsbaum-Flussdiagramm 1300 von 13 veranschaulicht ist, die ein Flussdiagramm 1300 darstellt, das eine Schweißausgangsstromwellenform mit negativer Polarität erzeugt, die einen Schweißprozess, wie zum Beispiel einen GMAW-Prozess, steuert. Ein Ausgangsstrompegel einer Wellenform wird auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität geregelt, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen an einem distalen Ende der Elektrode gebildet wird (Referenzblock 1310). Der Ausgangsstrompegel sinkt unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt hat und der elektrische Lichtbogen ausgelöscht wurde, damit das schmelzflüssige Metalltröpfchen in eine Pfütze auf dem Werkstück hinein netzen kann (Referenzblock 1320). Der Ausgangsstrompegel wird automatisch zu einer negativen Polarität unterhalb des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität verringert, um das schmelzflüssige Metalltröpfchen zu veranlassen, sich von dem distalen Ende der Elektrode abzuschnüren (Referenzblock 1330). Der Ausgangsstrompegel wird innerhalb der negativen Polarität in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität erhöht, wenn sich das schmelzflüssige Tröpfchen vom distalen Ende der Elektrode auf dem Werkstück abschnürt, um erneut einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück herzustellen (Referenzblock 1340). Der Ausgangsstrompegel wird – in Reaktion auf die Wiederherstellung des elektrischen Lichtbogens – innerhalb der negativen Polarität von dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität ausgehend zu einem negativen Spitzenstrompegel der Wellenform verringert (Referenzblock 1360). Der Ausgangsstrompegel wird in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität erhöht, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen am distalen Ende der Elektrode erzeugt wird (Referenzblock 1360).
In einer Ausführungsform betrifft das Verfahren 1300 einen Lichtbogenschweißprozess, wie zum Beispiel einen Gas-Metall-Lichtbogenschweiß (GMAW)-Prozess, wobei der GMAW-Prozess Argon und CO₂ als Schutzgase verwendet. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1300, die Elektrode mit dem Ausgangsstrompegel innerhalb der negativen Polarität stärker zu erwärmen als die Pfütze. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1300 das Verwenden des negativen Spitzenstrompegels der Wellenform zum Erzeugen des nächsten schmelzflüssigen Metalltröpfchens am distalen Ende der Elektrode. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1300 das Pulsieren des Ausgangsstrompegels zwischen dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und einem positiven Zwischenstrompegel, wobei der positive Zwischenstrompegel größer ist als der Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1300 das Pulsieren des Ausgangsstrompegels zwischen dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und einem negativen Zwischenstrompegel, wobei der negative Zwischenstrompegel kleiner ist als der Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1300 das Pulsieren des Ausgangsstrompegels mit einer zuvor festgelegten Impulsrate, bis der nächste Kurzschluss zwischen dem nächsten schmelzflüssigen Metalltröpfchen und dem Werkstück hergestellt wird.
14 veranschaulicht ein Flussdiagramm 1400 in Bezug auf die Verwendung einer negativen Polarität von Strom für eine Lichtbogenschweißstromwellenform zum Steuern eines Abschnitts eines Schweißprozesses. Ein Ausgangsstrompegel einer Wellenform wird auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität geregelt, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen an einem distalen Ende der Elektrode gebildet wird (Referenzblock 1410). Der Ausgangsstrompegel sinkt unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität zu einer negativen Polarität, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt und den elektrischen Lichtbogen zum Erlöschen gebracht hat, damit das schmelzflüssige Metalltröpfchen in eine Pfütze auf dem Werkstück hinein netzen kann (Referenzblock 1420). Der Ausgangsstrompegel sinkt innerhalb der negativen Polarität auf einen negativen Spitzenstrompegel in Reaktion auf die Wiederherstellung des elektrischen Lichtbogens (Referenzblock 1430). Der Ausgangsstrompegel wird in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität erhöht, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen am distalen Ende der Elektrode erzeugt wird (Referenzblock 1440).
In einer Ausführungsform verwendet das Verfahren 1400 den Lichtbogenschweißprozess als einen Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess, wobei der GMAW-Prozess Argon und CO₂ als Schutzgase verwendet. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1400, die Elektrode mit dem Ausgangsstrompegel innerhalb der negativen Polarität stärker zu erwärmen als die Pfütze. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1400 das Verwenden des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität zum Verringern der Vertiefung der Pfütze durch das schmelzflüssige Metalltröpfchen, das sich vom distalen Ende der Elektrode abschnürt. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1400 das Pulsieren des Ausgangsstrompegels zwischen dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und einem positiven Zwischenstrompegel, wobei der positive Zwischenstrompegel größer ist als der Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1400 das Pulsieren des Ausgangsstrompegels zwischen dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und einem negativen Zwischenstrompegel, wobei der negative Zwischenstrompegel kleiner ist als der Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 1400 das Pulsieren des Ausgangsstrompegels mit einer zuvor festgelegten Impulsrate, bis der nächste Kurzschluss zwischen dem nächsten schmelzflüssigen Metalltröpfchen und dem Werkstück hergestellt wird.
In einer Ausführungsform kann ein Schweißsystem, das den Tröpfchentransfer verbessert, Folgendes enthalten: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, um ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen an einem distalen Ende der Elektrode zu bilden; Detektieren eines Kurzschlussereignisses in dem Schweißsystem; Ändern des Hintergrundstroms mit positiver Polarität zu einem Strompegel, um ein Abschnüren eines Tröpfchens von einem distalen Ende einer Elektrode auf der Basis des Kurzschlussereignisses zu verstärken; Wiederherstellen eines Lichtbogens nach dem Ablösen des Tröpfchens; Steuern eines Übergangs von dem Strompegel zu dem Hintergrundstrom mit positiver Polarität; und/oder Pulsieren des positiven Hintergrundstroms, um zu unterstützen, dass das Tröpfchen am distalen Ende der Elektrode eine Pfütze berührt. Des Weiteren kann die Ausführungsform das Verwenden einer negativen Polarität für den Strompegel enthalten. In einer Ausführungsform kann das System Folgendes enthalten: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um den Lichtbogen zwischen der Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, wodurch das Tröpfchen am distalen Ende der Elektrode gebildet wird; Senken des Ausgangsstrompegels unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität zu einer negativen Polarität, nachdem das Tröpfchen einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt hat und der Lichtbogen erloschen ist, damit das Tröpfchen in eine Pfütze auf dem Werkstück hinein netzen kann; Senken des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität auf einen negativen Spitzenstrompegel in Reaktion auf die Wiederherstellung des Lichtbogens; und/oder Erhöhen des Ausgangsstrompegels in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wodurch ein nächstes Tröpfchen am distalen Ende der Elektrode gebildet wird.
15 veranschaulicht Kurvendiagramm 1500, das eine Lichtbogenschweißstromwellenform veranschaulicht, die eine negative Polarität hat, um einen Abschnitt eines Schweißprozesses zu steuern. Das Kurvendiagramm 1500 enthält einen oder mehrere Impulse 1510, STT 1520, Hintergrundstrom 1530 und Hintergrundstrom zwischen Impulsen 1540. Das Kurvendiagramm 1500 ist ausschließlich als ein Beispiel gezeigt und darf nicht auf die vorliegende Innovation beschränkt werden. Zum Beispiel werden Werte (beispielsweise Zeit, Strom, Spannung, Drahtgeschwindigkeit, Drahtstärke, Drahtzufuhrrate) ausschließlich als Beispiel verwendet, und es können mit gesundem Fachverstand auch andere Werte gewählt werden.
In einer mit dem Kurvendiagramm 1500 veranschaulichten Ausführungsform wird ein Draht mit der Stärke 0,052 mit 277 Inch pro Minute (IPM) Drahtzufuhrgeschwindigkeit (Wire Feed Speed, WFS) oberhalb eines Kurzschlusslichtbogens/Tröpfchenübergangs verwendet (beispielsweise ER70S-6 Weichstahl, unter 100% CO₂ abgeschirmt). Dies kann mit 100% CO₂ ausgeführt werden, einem Gas, das bei dieser WFS starke Schweißspritzer erzeugen und schwer zu steuern sein kann. Ein oder mehrere Impulse 1510 können das Ausgangssignal verringern anstatt zu vergrößern. Hier verstärkt das Verringern der Lichtbogenkraft auf das Tröpfchen einen Kurzschlusses. Bei einem herkömmlichen tröpfchenförmigen Werkstofftransfer bleibt das Tröpfchen eine sehr lange Zeit hängen, bevor es die Pfütze berührt.
Wenn das Tröpfchen die Pfütze nicht berührt, so wird das Ausgangssignal wiederhergestellt, und ein oder mehrere Impulse 1510 werden zu einem späteren Zeitpunkt wieder verwendet. Diese Oszillation des Tröpfchens unterstützt, dass es die Pfütze berührt und transferiert wird, bevor dies bei herkömmlichen Techniken des tröpfchenförmigen Werkstofftransfers der Fall ist. Der Hintergrundstrom 1530 wird im Vergleich zu einem Kurzschlusslichtbogen über eine relativ lange Zeit gehalten (beispielsweise in der Größenordnung von 16 Millisekunden um Vergleich zu 1 Sekunde). Ein System muss Energie haben, und das positive Hintergrundsegment stellt diese Energie bereit, während das negative Segment Energie in den Draht einspeist, aber relativ zum Draht nicht in die Pfütze. Eine Kurzschlussaufhebungsroutine kann ein definierter Strom und keine Rampe sein. Das Tröpfchen ist sehr groß und die Stromquelle begrenzt, so dass ein hoher Strom ein stabiles Ablösen fördert.
In einer Ausführungsform ist die Kurzschlussaufhebungsrampe ein absoluter Strom von 420 A. In einer Ausführungsform verringern ein oder mehrere Impulse 1610 die Leistung, um dem Tröpfchen das Berühren der Pfütze bei geringerer Leistung zu ermöglichen. In einer Ausführungsform beträgt die Hintergrundzeit 16 Millisekunden, um die erforderliche Leistung zu erhalten, damit der Prozess funktioniert. In einer Ausführungsform wird, wenn ein Tröpfchen nicht die Pfütze berührt, das Ausgangssignal auf den Hintergrund zurückgesetzt, um mehr Leistung zuzugeben.
In einer Ausführungsform kann der Hintergrundstrom 1530 und/oder 1540 eine Stärke von 92 A bei einer Dauer von 16 ms haben (beispielsweise eine längere Dauer im Vergleich zu einer Impulszeit von 1,5 ms, die dazu dient, dem System Wärme zuzuführen). Des Weiteren kann ein Impulsstrom 40 A betragen und eine Dauer von 3 ms haben (zum Beispiel kann während der Impulse der Strom gesenkt werden, um zu unterstützen, dass das Tröpfchen die Pfütze berühren kann). Wenn das Tröpfchen nicht innerhalb von 3 ms die Pfütze berührt, so kann der Hintergrund für eine Dauer von 10 ms wiederhergestellt werden. Des Weiteren kann der Kurzschlussstrom 420 A betragen, und der Spitzenstrom kann 470 A betragen. Es versteht sich, dass die tatsächlichen Zeiten und Ströme ausschließlich Beispiele sind, um einen relativen Maßstab zur Verwendung mit CO₂ zu geben, beispielsweise ein selbstabschirmender Draht.
Die oben dargelegten Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung mehrerer möglicher Ausführungsformen verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung, wobei dem Fachmann beim Lesen und Verstehen dieser Spezifikation und der angehängten Zeichnungen äquivalente Änderungen und/oder Modifizierungen einfallen. Speziell in Bezug auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten (Baugruppen, Vorrichtungen, Systeme, Schaltkreise und dergleichen) ausgeführt werden, ist es beabsichtigt, dass – sofern nicht etwas anderes angegeben ist – die Begriffe (einschließlich der Verwendung des Begriffes „Mittel”), die dafür verwendet werden, solche Komponenten zu beschreiben, jeglichen Komponenten, wie zum Beispiel Hardware, Software oder Kombinationen davon, entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente (die beispielsweise funktional äquivalent ist) ausführen, selbst wenn sie der offenbarten Struktur, die die Funktion in den veranschaulichten Implementierungen der Erfindung ausführt, nicht strukturell äquivalent ist. Des Weiteren kann, auch wenn ein bestimmtes Merkmal der Erfindung mit Bezug auf nur eine von verschiedenen Implementierungen offenbart wurde, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, so wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung gewünscht wird und vorteilhaft ist. Insofern die Begriffe „einschließlich”, „enthält”, „aufweist”, „hat”, „mit” oder Varianten davon in der detaillierten Beschreibung und/oder in den Ansprüchen verwendet werden, ist es des Weiteren beabsichtigt, dass diese Begriffe in einer Weise ähnlich dem Begriff „umfassen” inkludierend sind.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich der besten Art und Weise der Ausführung, und auch, um es dem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung der Vorrichtungen oder Systeme und der Ausführung der hier enthaltenen Verfahren. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann auch andere Beispiele enthalten, die dem Fachmann einfallen. Es ist beabsichtigt, dass solche anderen Beispiele ebenfalls in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von denen des Wortlauts der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden im Vergleich zum Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wurde zu dem Zweck beschrieben, den besten Modus zu veranschaulichen, der dem Anmelder zu diesem Zeitpunkt bekannten ist. Die Beispiele sind nur veranschaulichender Art und sollen die Erfindung nicht einschränken; diese ist allein anhand des Geistes und des Geltungsbereichs der Ansprüche zu definieren. Die Erfindung wurde anhand bevorzugter und alternativer Ausführungsformen beschrieben. Natürlich fallen anderen Personen beim Lesen und Verstehen der Spezifikation Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, alle derartigen Modifizierungen und Änderungen aufzunehmen, insofern sie in den Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.
Bezugszeichenliste

5: Drahtzufuhrvorrichtung
100: elektrische Schweißwellenform
100': modulierende Wellenform
101: Zyklus
110: Hintergrundstromphase
111: Hintergrundstrompegel
111': Hintergrundstrompegel
112: Strompegel
112': Teil-Hintergrundstromabschnitte
120: Abschnürstromphase
121: Abschnürstrompegel
130: Spitzenstromphase
131: Spitzenstrompegel
140: Ausklingstromphase
141: Ausklingstrompegel
150: wärmeerhöhende Impulse
151: Zwischenstrompegel
191: Schweißelektrode
192: schmelzflüssiges Metalltröpfchen
195: elektrischer Lichtbogen
196: Lichtbogen
197: Lichtbogen
198: schmelzflüssiges Metalltröpfchen
199: Metallwerkstück
200: System
210: Stromerzeugungsfähigkeit
220: Formungsfähigkeit
221: Wellenform-Erzeugungsfähigkeit
222: Stromphasen-Erzeugungsfähigkeit
223: Signalsummierfähigkeit
224: Impuls-Erzeugungsfähigkeit
225: Signalschaltfähigkeit
226: Stromverringerungsfähigkeit
227: Timing-Fähigkeit
230: Vorauserkennungsdetektionsfähigkeit
310: Wellenformabschnitt
400: System
410: Schweißprogramm
420: Generator
430: digitaler Signalprozessor
435: Steuersignale
436: Steuersignal
440: Hochgeschwindigkeitsverstärker-Wechselrichter
441: Hochspannungs-Eingangsleistung
442: Ausgang
443: Ausgang
450: LE PowerWave
460: Werkstück
470: Stromrückkopplungsfähigkeit
460: Stromreduzierer
490: Diode
500: Verfahren
510: Schritt
620: Schritt
530: Schritt
540: Schritt
550: Schritt
560: Schritt
570: Schritt
560: Schritt
600: Verfahren
601: Schritt
602: Hintergrundstrompegel
603: Schritt
604: Teilpegel
605: Schritt
606: Abschnürstromrampe
607: Schritt
608: Schritt
609: Spitzenstrompegel
610: Schritt
611: Ausklingstromrampe
612: Schritt
613: wärmeerhöhender Strompegel
614: erstes Impulsintervall
615: wärmeerhöhender Stromimpuls
615': wärmeerhöhender Stromimpulse
650: elektrische Schweißwellenform
700: Verfahren
710: Schritt
720: Schritt
730: Schritt
801: Kurzschlussereignis
803: Übergangspunkt
900: Schweißsystem
910: Schaltstromversorgung
912: Leistungswandlerkreis
914: Wechselstromkomponente
920: Wellenformgenerator
930: Steuereinheit
940: Spannungsrückkopplungskreis
850: Stromrückkopplungskreis
1000: Stromwellenform
1001: Zyklus
1010: Hintergrundstromphase
1020: Rampenphase
1030: Spitzenstromphase
1040: Ausklingstromphase
1050: schmelzflüssiges Metalltröpfchen
1051: Zwischenstrompegel
1060: Schweißelektrode
1070: Werkstück
1080: Schweißlichtbogen
1095: Lichtbogen
1098: schmelzflüssiges Metalltröpfchen
1100: Stromwellenform
1101: Zyklus
1110: Hintergrundstromphase
1111: Hintergrundstrompegel
1120: Abschnürstromphase
1121: Abschnürstrompegel
1130: Spitzenstromphase
1131: Spitzenstrompegel
1140: Ausklingstromphase
1141: Ausklingstrompegel
1150: wärmeerhöhende Impulse
1151: Zwischenstrompegel
1191: Schweißelektrode
1192: schmelzflüssiges Metalltröpfchen
1195: elektrischer Lichtbogen
1196: Lichtbogen
1197: Lichtbogen
1196: schmelzflüssiges Metalltröpfchen
1199: Metallwerkstück
1200: System
1210: Komponenten
1220: Prozessor
1230: Speicher
1300: Verfahren
1310: Referenzblock
1320: Referenzblock
1330: Referenzblock
1340: Referenzblock
1350: Referenzblock
1360: Referenzblock
1400: Verfahren
1410: Referenzblock
1420: Referenzblock
1430: Referenzblock
1440: Referenzblock
1500: Kurvendiagramm
1510: Impulse
1520: STT
1530: Hintergrundstrom
1540: Impulse
A: Stufe
B: Stufe
C: Stufe
D: Stufe
E: Schweißelektrode/Stufe
W: Werkstück

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 [0046]
US 6051810 [0046]
US 6496321 [0046]

Claims

Schweißsystem, bei welchem ein Tröpfchentransfer unterstützt wird, ausgestaltet zum: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode (E, 1060) und einem Werkstück (W, 1070) aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen (198, 1098) an einem distalen Ende der Elektrode (E, 1060) gebildet wird; Senken des Ausgangsstrompegels unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt und den elektrischen Lichtbogen (1080) ausgelöscht hat, damit das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) in eine Pfütze auf dem Werkstück (W, 1070) hinein netzen kann; automatische weitere Verringern des Ausgangsstrompegels zu einer negativen Polarität unterhalb des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, um zu veranlassen, dass sich das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) vom distalen Ende der Elektrode (E, 1060) abschnürt; Erhöhen des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wenn sich das schmelzflüssige Tröpfchen (198, 1098) von dem distalen Ende der Elektrode (E, 1060) auf das Werkstück (W, 1070) abschnürt, um erneut einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Elektrode (E, 1060) und dem Werkstück (W, 1070) herzustellen; Verringern des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität von dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität fort zu einem negativen Spitzenstrompegel der Wellenform in Reaktion auf die Wiederherstellung des elektrischen Lichtbogens; und Erhöhen des Ausgangsstrompegels in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen (198, 1098) am distalen Ende der Elektrode (E, 1060) gebildet wird.
Schweißsystem, bei welchem ein Tröpfchentransfer unterstützt wird, ausgestaltet zum: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode (E, 1060, 1191) und einem Werkstück (W, 1070) aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen (198, 1098) an einem distalen Ende der Elektrode (E, 1060, 1195) gebildet wird; Senken des Ausgangsstrompegels unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität zu einer negativen Polarität, nachdem das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) einen Kurzschluss zu dem Werkstück (W, 1070) hergestellt und den elektrischen Lichtbogen (1080, 1195) ausgelöscht hat, damit das schmelzflüssige Metalltröpfchen (198, 1098) in eine Pfütze auf dem Werkstück (W, 1070) hinein netzen kann; Senken des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität auf einen negativen Spitzenstrompegel in Reaktion auf die Wiederherstellung des elektrischen Lichtbogens; und Erhöhen des Ausgangsstrompegels in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wodurch ein nächstes schmelzflüssiges Metalltröpfchen (1192) am distalen Ende der Elektrode (E, 1060, 1191) gebildet wird.
Schweißsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtbogenschweißprozess ein Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess ist.
Schweißsystem nach Anspruch 3, wobei der GMAW-Prozess Argon und CO₂ als Schutzgase verwendet.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, des Weiteren ausgestaltet, die Elektrode mit dem Ausgangsstrompegel innerhalb der negativen Polarität stärker zu erwärmen als die Pfütze.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, des Weiteren ausgestaltet zum Verwenden des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität zum Verringern der Vertiefung der Pfütze durch das schmelzflüssige Metalltröpfchen, das sich vom distalen Ende der Elektrode abschnürt.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, des Weiteren ausgestaltet zum Pulsieren des Ausgangsstrompegels zwischen dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und einem positiven Zwischenstrompegel, wobei der positive Zwischenstrompegel größer ist als der Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels, und wobei eine Dauer des Pulsierens des Ausgangsstrompegels bevorzugt auf einer Drahtzufuhrgeschwindigkeit basiert.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, des Weiteren ausgestaltet zum Pulsieren des Ausgangsstrompegels zwischen dem Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und einem negativen Zwischenstrompegel, wobei der negative Zwischenstrompegel kleiner ist als der Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels.
Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-System, das eine elektrische Schweißwellenform erzeugt, die den Tröpfchentransfer zwischen einer vorangeschobenen Schweißelektrode (E, 1060, 1191) und einem Metallwerkstück (W, 1070) verstärkt, und das Folgendes umfasst: eine erste Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen einer Hintergrundstromphase, einer Spitzenstromphase und einer Ausklingstromphase der elektrischen Schweißwellenform, wobei die Hintergrundstromphase einen positiven Hintergrundstrompegel bereitstellt, die Spitzenstromphase einen negativen Spitzenstrompegel bereitstellt und die Ausklingstromphase einen gleichförmig ansteigenden Ausklingstrompegel in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels bereitstellt; und eine zweite Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen einer Kurzschlussaufhebungsrampenphase der elektrischen Schweißwellenform, wobei die Kurzschlussaufhebungsrampenphase einen abnehmenden Strompegel mit einer positiven Polarität von Strom für die elektrische Schweißwellenform nach der Hintergrundstromphase bereitstellt.
Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-System nach Anspruch 9, das des Weiteren eine dritte Konfiguration von elektronischen Komponenten zum Erzeugen mindestens eines wärmeerhöhenden Stromimpulses der elektrischen Schweißwellenform während der Hintergrundstromphase umfasst, wobei der mindestens eine wärmeerhöhende Stromimpuls auf einem Zwischenstrompegel liegt, der größer ist als der positive Hintergrundstrompegel und kleiner ist als ein absoluter Wert des negativen Spitzenstrompegels.
Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-System nach Anspruch 9 oder 10, das des Weiteren eine erste Komponente umfasst, die dafür konfiguriert ist, einen negativen Strom für die elektrische Schweißwellenform auf der Basis eines Kurzenschlusszustands der Elektrode (E, 1060, 1191) zu dem Werkstück (W, 1070) zu erzeugen.
Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, das des Weiteren eine vierte Konfiguration von elektronischen Komponenten umfasst, um einen Strompegel der elektrischen Schweißwellenform in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels an einem Ende der Hintergrundstromphase zu erhöhen, nachdem die Elektrode (E, 1060, 1191) einen Kurzschluss zu dem Werkstück (W, 1070) hergestellt hat.
Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, das des Weiteren eine fünfte Konfiguration von elektronischen Komponenten umfasst, um einen Strompegel der elektrischen Schweißwellenform in Richtung des positiven Hintergrundstrompegels an einem Ende der Kurzschlussaufhebungsrampenphase in Erwartung des Aufhebens des Kurzschlusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu erhöhen.
Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, das des Weiteren eine sechste Konfiguration von elektronischen Komponenten umfasst, um die Hintergrundstromphase, die Kurzschlussaufhebungsrampenphase, die Spitzenstromphase und die Ausklingstromphase der Reihe nach periodisch neu zu generieren, so dass die Hintergrundstromphase den mindestens einen wärmeerhöhenden Stromimpuls enthält.
System zum Unterstützen eines Tröpfchentransfers eines Schweißsystems, ausgestaltet zum: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf einen Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um einen elektrischen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, wodurch ein schmelzflüssiges Metalltröpfchen an einem distalen Ende der Elektrode gebildet wird; Detektieren eines Kurzschlussereignisses in dem Schweißsystem; Ändern des Hintergrundstroms mit positiver Polarität zu einem Strompegel, um ein Abschnüren eines Tröpfchens von einem distalen Ende einer Elektrode auf der Basis des Kurzschlussereignisses zu verstärken; Wiederherstellen eines Lichtbogens nach dem Ablösen des Tröpfchens; Steuern eines Übergangs von dem Strompegel zu dem Hintergrundstrom mit positiver Polarität; und Pulsieren des positiven Hintergrundstroms, um zu unterstützen, dass das Tröpfchen am distalen Ende der Elektrode eine Pfütze berührt; und des Weiteren bevorzugt zum Verwenden einer negativen Polarität für den Strompegel; und des Weiteren bevorzugt zum: Regulieren eines Ausgangsstrompegels einer Wellenform auf den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität, um den Lichtbogen zwischen der Elektrode und einem Werkstück aufrecht zu erhalten, wodurch das Tröpfchen am distalen Ende der Elektrode gebildet wird; Senken des Ausgangsstrompegels unter den Hintergrundstrompegel mit positiver Polarität zu einer negativen Polarität, nachdem das Tröpfchen einen Kurzschluss zu dem Werkstück hergestellt und den Lichtbogen ausgelöscht hat, damit das Tröpfchen in eine Pfütze auf dem Werkstück hinein netzen kann; Senken des Ausgangsstrompegels innerhalb der negativen Polarität auf einen negativen Spitzenstrompegel in Reaktion auf die Wiederherstellung des Lichtbogens; und Erhöhen des Ausgangsstrompegels in Richtung des Hintergrundstrompegels mit positiver Polarität, wodurch ein nächstes Tröpfchen am distalen Ende der Elektrode gebildet wird.