DE2047962A1 - Stromquelle für das elektrische Lichtbogenschweißen und das Elektroschlackeschweißen - Google Patents

Stromquelle für das elektrische Lichtbogenschweißen und das Elektroschlackeschweißen

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DE2047962A1
DE2047962A1 DE19702047962 DE2047962A DE2047962A1 DE 2047962 A1 DE2047962 A1 DE 2047962A1 DE 19702047962 DE19702047962 DE 19702047962 DE 2047962 A DE2047962 A DE 2047962A DE 2047962 A1 DE2047962 A1 DE 2047962A1
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welding
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/10Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Stromquelle für das elektrische Lichtbogenschweißen und das Elektroschlackeschweißen Die Erfindung betrifft eine Stromquelle mit einstellbaren fallenden, horizontalen und steigenden statischen Belastungskennlinien für das elektrische Lichtbogenschweißen und das Elektroschlackeschweißen.
  • Die verschiedenen Schweißverfahren erfordern unterschiedliche statische Belastungskennlinien, so wird zum Beispiel beim manuellen Lichtbogenschweißen und beim Wolfram-Inert-Gas-Schweißen eine stark fallende statische Belastungskennlinie verwendet, beim Metali-Inert-Gas-Schweißen und beim Metall-Aktiv-Gas-Schweißen werden leicht fallende bis leicht steigende statische Belastungskennlinien verwendet, wobei der steigenden statischen Belastungskennlinie eine besondere Bedeutung zuzumessen ist wegen der durch diese erzielbaren optimalen inneren Regelung.
  • Die nicht gebräuchliche Stromquelle mit steigender statischer Belastungskennliaie ermöglicht die Anpassung der Steigung der Kennlinie dieser Stromquelle an die Steigung der statischen Strom-Spannungskennlinie des Lichtbogens, die bei hohen Stromdichten steigend ist. Diese Anpassung bewirkt eine Konstanthaltung der Lichtbogenlänge, deren Abweichungen vom Sollwert sich ungünstig auf die Schweißung, zum Beispiel das Schweißgut, die Gleichmäßigkeit der Naht und die Einbrandtiefe auswirken.
  • In dem Gebiet der elektrischen Lichtbogenschweißung mit Gleichstrom sind zwei Arten von Stromquellen üblich: Umformer (Motor-Qenerator) und Gleichrichter.
  • Ein wichtiger Faktor für die Anwendung dieser Stromquellen ist die statische Belastungskennlinie, die den Zusammenhang zwischen Schweißstrom und Schweißspannung gibt. Man unterscheidet allgemein drei Arten von statischen Belastungskennlinien: a) fallende statische Belastungskennlinie Diese Stromquelle ist gekennzeichnet durch eine abnehmende Schweißspannung bei steigendem Schweißstrom.
  • b) horizontale statische Belastungskennlinie Diese Stromquelle, auch Konstantspannungsquelle genannt, ist gekennzeichnet durch eine konstante Schweißspannung bei steigendem Schweißstrom.
  • c) steigende statische Belastungskennlinie Diese Stromquelle ist gekennzeichnet durch eine zunehmende Schweißspannung bei steigendem Schweißstrom.
  • Bekannte Möglichkeiten für das Einstellen der statischen Belastungskennlinien sind: A) bei den Umformern - BUrstenverschiebung - Ein- und Ausschalten von Reihenschlußwicklungen beim Doppelschlußgenerator - Beeinflussung des Erregerfeldes durch Strom oder Spannungsregler B) bei den Gleichrichtern - Transduktor - veränderlicher Widerstand - Servomotor in Verbindung mit einem Transformator mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis.
  • Zu A): Die Nachteile der Umformer, bedingt durch die rotierenden Massen, sind hohe Anschaffungs- und Wartungskosten, großes Gewicht, große Geräuschentwicklung, hohe Leerlaufverluste, kleiner Wirkungsgrad und geringe Stromanstiegsgeschwindigkeiten. Die Bürstenverschiebung ist eine schlechte Kompromißlösung wegen des auftretenden 11Bürstenfeuers 1? und der Verschlechterung der dynamischen Eigenschaften der Stromquelle.
  • Das Ein- und Ausschalten von Reihenschlußwicklungen ermöglicht keine stufenlose Einstellung der Steigung der statischen Belastungskennlinien.
  • Die Gleichrichter weisen die zu A) genannten Nachteile nicht auf. Dagegen sind die Gleichrichter empfindlicher gegen Netzspannungsschwankungen und die Welligkeit der Schweißspannung ist groß.
  • Alle unter A) und B) angeführten Verfahren für das Einstellen der Steigung der statischen Belastungskennlinien haben einen gemeinsamen Nachteil, die geringe Regelgeschwindigkeit.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißstromquelle zu entwickeln, die zusEtzlich zu den Ublichen fallenden und horizontalen statischen Belastungskennlinien auch die noch nicht gebräuchliche steigende statische Belastungskennlinie mit stufenloser Einstellung der Kennliniensteigung ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß eine transistorisierte Stromquelle, neben Transformator und Gleichrichter, eine elektronische Gesamteinheit enthält, die aus einem transistorisierten Leistungsteil und elektronischen Steuer- und Regeleinheiten besteht. Durch Ums-chalten dieser elektronischen Steuer- und Regeleinheiten werden fallende, horizontale und steigende statische Belastungskennlinien erzeugt, wobei die Erzeugung der steigenden statischen Belastungskennlinie und die stufenlose Einstellung deren Steigung durch einen dieser elektronischen Regler ermöglicht wird, der Uber die Abnahme einer dem Schweißstrom proportionalen Spannung und silber einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung die Ansteuerung des Leistungsteils so regelt, daß durch steigenden Schweißstrorn die Schweißspannung ebenfalls ansteigt.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind insbesondere: I) die größere Regelgeschwindigkeit der ausschließlich elektronischen Regelung, die ohne rotierende Massen und ohne magnetische Felder arbeitet, und die damit verbundenen verbesserbaren dynamischen Eigenschaften der Stromquelle, II) die Möglichkeit, außer den fallenden und horizontalen statischen Belastungskennlinien in nur einer Stromquelle auch die nicht Ubliche steigende statische Belastungskennlinie zu erzeugen, und dies mit stufenloser Einstellung der Kennliniensteigung, III) die Unabhängigkeit gegenüber lQetzspannungsschwankungen, IV) die Unterdrückung der Welligkeit der Schweißspannung, V) die M6glichkeit, die Schweißspannung sowie den Schweißstrom oder die Schweißspannung und gleichzeitig den Schweißstrom zu regeln durch äußere, von Aufnehmern herkommenden Regelsignale (z.B. Abtastung der Fugenbreite und entsprechende Regelung der Abschmelzung der Elektrode).
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
  • Bild 1 zeigt eine idealisierte Darstellung der verschiedenen statischen Belastungskennlinien.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Stromquelle ist in Bild 2 dargestellt. Auf den Bildern 2 bis 7 sollen die Bezugszeichen (1) und (2) die Gleichstromquelle, bestehend aus Transformator und Gleichrichter, symbolisieren, wobei Uo die wellige Gleichspannung und R. der Innenwiderstand der Gleichstromquelle ist.
  • Durch das Leistungsteil (3), das aus mehreren parallel geschalteten Leistungstransistoren besteht, fließt der gesamte zu regelnde Schweißstrom. Das Leistungsteil hat die Funktion eines veränderlichen Widerstands im Schweißkreis.
  • (4) symbolisiert die an die Schweißstromquelle geschaltete Last RL (z.B. Lichtbogen).
  • (5) gibt eine dem Schweißstrom proportionale Spannung ab.
  • Über einen Schalter S1 mit vier Stufen 1, 2, 3 und 4 und drei Ebenen a, b und c wird der Regler in Bild 2 an die verschiedenen Arbeitsspannungen und Arbeitsströme geschaltet. In der Schalterstellung S1ai S 51b1 -S ici wird die stark fallende statische Belastungskennlinie erzeugt.
  • In der Schalterstellung S1a2 - S1b2 Slc2 wird die fallende statische Belastungskennlinie erzeugt.
  • In der Schalterstellung 51a3 - S1b3 - 1c3 wird die horizontale statische Belastungskennlinie erzeugt.
  • In der Schalterstellung S1a4 - Slb4 - lc4 wird die steigende statische Belastungskennlinie erzeugt.
  • Die Bilder 3 bis 6 zeigen Ausschnitte aus Bild 2 und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Bild 3 zeigt den Teil der Stromquelle, der die stark fallende statische Belastungskennlinie erzeugt (Konstantstromquelle).
  • Diese Schaltung ist gekennzeichnet durch einen Regler (7), der den Istwert des Schweißstroms 1Ist mit einem einstellbaren Sollwert (6) ISoll vergleicht und bei Abweichungen von diesem Sollwert das Leistungsteil (3) so steuert, daß der Schweißstrom konstant gehalten wird. Der Istwert des Schweißstroms wird in (5) über eine dem Strom proportionale Spannung bestimmt.
  • Bild 4 zeigt den Teil der Stromquelle, der die fallende statische Belastungskennlinie erzeugt. Diese Schaltung ist gekennzeichnet durch ein Stellglied (8), welches mit Hilfe einer Spannung U2 (9) den Widerstand des Leistungsteils (3) steuert. Somit kann der Kurzschlußstrom und damit auch die Steigung der Belastungskennlinie stufenlos eingestellt werden.
  • Bild 5 zeigt den Teil der Stromquelle, der die horizontale statische Belastungskennlinie erzeugt (Konstantspannungsquelle). Die Schaltung ist gekennzeichnet durch einen Regler (12), der über einen Spannungsteiler (10) den Istwert der Schweißspannung U Ist mit einem einstellbaren Sollwert U5011 (11) vergleicht und bei Abweichungen von diesem Sollwert das Leistungsteil (3) so steuert, daß die Schweißspannung konstant gehalten wird. Über (5) und wird der Schweißstrom auf einen zulässigen einstellbaren Höchstwert IK begrenzt.
  • Bild 6 zeigt ein erstes Ausführung,sbeispiel des Teils der Stromquelle, der die steigende statische Belastunas'kennlinie erzeugt. Diese Schaltung ist gekennzeichnet durch einen Regler (13), der über die Abnahme einer dem Schweißstrom proportionalen Spannung das Leistungiteil (3) so steuert, daß bei steigendem Schweiljstrom die SchweiFapanffung ebenfalls ansteigt. Der Regler (13) bewirkt zusätzlich eine elektronische Kurzschlußstrombegrenzung. Die Steigung der statischen Belastungskennlinie ist kontinuierlich einstellbar.
  • Bild 7 zeigt ein zweites Ausfithrunesbeicpiel des Teils der Stronquelle, der die steigende statische Belastungskennlinie erzeugt. Diese Schaltung ist gekennzeichnet durch einen nicht invertierenden Verstärker (14) mit einstellbarer Verstärkung, der über eine Rmitterfolgerstufe (15) das Leistungsteil (3) ansteuert. Die Eingangsspannung des Verstärkers (14) ist die dem Schweißstrom proportionale Spannung, die in (5) erzeugt wird. bei steigendem Schweißstrom wird über den nicht invertierenden Verstärker (14) und über den Etr£itterfolger (15) das Leistungsteil (3) aufgesteuert, so daß die Schweißspannung ansteigt. Die Steigung der steigenden statischen Belastungskennlinie ist kontinuierlich einstellbar Uber die veränderliche Verstärkung des Verstärkers (14). Durch Übersteuerung dieses Verstärkers (14) erfolgt eine automatische Kurzschlußstrombegrenzung.
  • Die Gleichspannungen U1, U2> U3, U4 sind Hilfsspannungen, die zur Speisung der Regler und des Stellglieds dienen und die UnterdrUckung der Welligkeit der Schweißspannung fördern.
  • Die Signalspannungen u1, u2, u3, u4, die von externen Aufnehmern geliefert werden, können den Schweißstrom oder die Schweìßspannung oder den Schweißstrom und gleichzeitit die Schweißspannung regeln.

Claims (1)

  1. Patentanspruen
    Stromquelle mit einstellbaren fallenden, horizontalen und steigenden statischen Belastungskennlinien für das elektrische Lichtbogenschweißen und das Elektroschlackeschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß die transistorisierte Stromquelle, neben Transformator und Gleichrichter, eine elektronische Gesamteinheit enthält, die aus einem transistorisierten Leistungsteil und elektronischen Steuer-und Regeleinneiten besteht. Durch schalten dieser elektronischen Steuer- und Regeleinheiten werden fallende, horizontale und s t e i g e n d e statische FJelastungskennlinien erzeugt, wobei die erzeugung der steigenden statischen Belastungskennlinie und die stufenlose Einstellung deren Steigung durch einen dieser elektronischen Regler ermöglicht wird, der über die Abnahme einer dem Schweißstrom proportionalen Spannung und über einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkun die Anstcuerung des Leistungsteils so regelt, daß durch steigenden Schweißstrom die Schweißspannung ebenfalls ansteigt.
DE19702047962 1970-09-30 1970-09-30 Stromquelle für das elektrische Lichtbogenschweißen und das Elektroschlackeschweißen Pending DE2047962A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3228552A1 (de) * 1981-07-31 1983-03-17 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Gleichstrom-lichtbogenschweissgeraet

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3228552A1 (de) * 1981-07-31 1983-03-17 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Gleichstrom-lichtbogenschweissgeraet

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