DE212013000224U1

DE212013000224U1 - System zum Bereitstellen von Modulationsregimes zur Beeinflussung der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht

Info

Publication number: DE212013000224U1
Application number: DE212013000224.6U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: WO2014072807A1; BR112015010630A2; JP3200728U; CN104781032B; KR20150070434A; CN104781032A; KR102134937B1; US20140131322A1; US9073140B2

Abstract

Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode (E) und einem Schweißwerkstück (W), wobei das System (100, 600, 700) Folgendes umfasst:
eine Schweißstromquelle (105);
zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen; und
eine Gasmischvorrichtung (630), die mit den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen und der Schweißstromquelle (105) wirkverbunden und dafür konfiguriert ist, die Schutzgase aus den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen zu mischen, um ein durch die Schweißstromquelle (105) befohlenes Mischungsverhältnis zu erreichen,
wobei die Schweißstromquelle (105) dafür konfiguriert ist, der Gasmischvorrichtung (630) zu befehlen, das Mischungsverhältnis zu modulieren, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) während eines Schweißprozesses erzeugt wird, zeitlich zu beeinflussen.

Description

Diese US-Patentanmeldung beansprucht Priorität und Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/724,666, eingereicht am 9. November 2012, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen das Lichtbogenschweißen, dass heißt, ein Lichtbogenschweißsystem nach den Ansprüchen 1, 2, 4 und 6. Genauer gesagt, betreffen bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Systeme zum Bereitstellen einer Modulation eines oder mehrerer Schweißparameter zur Beeinflussung der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Einige Schweißsysteme des Standes der Technik verwenden begrenzte Techniken und/oder stützen sich darauf, dass dem Schweißer ein gewünschtes Aussehen einer Schweißraupe gelingt. Infolge dessen kann die Fähigkeit, gleichmäßig ein gewünschtes Aussehen einer Schweißraupe zu erreichen, eingeschränkt sein und kann ein hohes Maß an Schulung und Erfahrung mit dem Schweißgerät erfordern.
Weitere Einschränkungen und Nachteile konventioneller, herkömmlicher und vorgeschlagener Lösungsansätze erkennt der Fachmann anhand eines Vergleichs solcher Systeme und Verfahren mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im übrigen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe, die oben angesprochenen Einschränkungen und Nachteile zu überwinden. Dieses Problem wird durch ein Lichtbogenschweißsystem, das einen Lichtbogen zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Schweißwerkstück erzeugt, nach Anspruch 1, 2, 4 und 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Lichtbogenschweißsystems bilden den Gegenstand der Unteransprüche. In bestimmten Schweißanwendungen (zum Beispiel MIG-Schweißen von Aluminium) kann es wünschenswert sein, die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht zu modulieren, um das Aussehen einer Schweißraupe zu beeinflussen. Zum Beispiel ist dem Fachmann allgemein ein Münzstapel-Aussehen einer Schweißraupe bekannt, das verbesserte metallurgische Eigenschaften hervorbringen kann, wie zum Beispiel weniger Porosität und verbesserte Kornstruktur. Jedoch ist die Fähigkeit, ein solches Münzstapel-Aussehen zu erzeugen, nicht immer selbstverständlich und kann viel Geschick und Erfahrung seitens des Schweißers erfordern. Es werden Systeme und Verfahren zum Bereitstellen einer Modulation eines Schutzgasgemischs und/oder eines oder mehrerer Schweißparameter zur Beeinflussung der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht und folglich eines Aussehens einer Schweißraupe (zum Beispiel ein Münzstapel-Aussehen) offenbart. Zum Beispiel kann das Mischungsverhältnis von zwei oder mehr Schutzgasen moduliert werden, um das gewünschte Aussehen einer Schweißraupe zu erreichen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtbogenschweißsystem zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Schweißwerkstück bereitgestellt. Das Lichtbogenschweißsystem enthält eine Schweißstromquelle, zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen, und eine Gasmischvorrichtung, die mit den zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen und der Schweißstromquelle wirkverbunden ist. Die Gasmischvorrichtung ist dafür konfiguriert, die Schutzgase von den zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen zu mischen, um ein durch die Schweißstromquelle befohlenes Mischungsverhältnis herzustellen. Die Schweißstromquelle ist dafür konfiguriert, der Gasmischvorrichtung zu befehlen, das Mischungsverhältnis mit einer Modulationsfrequenz zu modulieren, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißsystem während eines Schweißprozesses erzeugt wird, zeitlich zu beeinflussen. Das zeitliche Beeinflussen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht kann enthalten, zyklisch zwischen einem ersten Wärmezufuhrzustand und einem zweiten Wärmezufuhrzustand, der mehr Wärme zuführt als der erste Wärmezufuhrzustand, hin- und herzuschalten. Die Schutzgase können mindestens zwei von Argon, Helium, Kohlendioxid, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten. Der Schweißprozess kann zum Beispiel ein Aluminium- oder ein Aluminiumlegierungs-Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess unter Verwendung von Argon und Helium sein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtbogenschweißsystem zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Schweißwerkstück bereitgestellt. Das Lichtbogenschweißsystem enthält eine Schweißstromquelle, zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen, und eine Gasmischvorrichtung, die mit den zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen und der Schweißstromquelle wirkverbunden ist. Die Gasmischvorrichtung ist dafür konfiguriert, die Schutzgase von den zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen zu mischen, um ein durch die Schweißstromquelle befohlenes Mischungsverhältnis herzustellen. Die Schweißstromquelle ist dafür konfiguriert, der Gasmischvorrichtung zu befehlen, das Mischungsverhältnis und einen Schweißparameter in einer korrelierten Weise zu modulieren, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißsystem während eines Schweißprozesses erzeugt wird, zeitlich zu beeinflussen. Der Schweißparameter kann eines von Folgendem enthalten: einer negativen Elektrodenabschnitt einer zyklischen Schweißausgangsstromwellenform, eines Elektrode positiven Abschnitt einer zyklischen Schweißausgangsstromwellenform, eines Drahtzufuhrgeschwindigkeit der aufzehrbaren Schweißelektrode oder einen Schweißausgangsstromwellenformtyp. Das zeitliche Beeinflussen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht kann enthalten, zyklisch zwischen einem ersten Wärmezufuhrzustand und einem zweiten Wärmezufuhrzustand, der mehr Wärme zuführt als der erste Wärmezufuhrzustand, hin- und herzuschalten. Die Schutzgase können mindestens zwei von Argon, Helium, Kohlendioxid, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten. Der Schweißprozess kann zum Beispiel ein Aluminium- oder ein Aluminiumlegierungs-Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess sein. Eine Frequenz der Modulation des Mischungsverhältnisses kann in dem Maße steigen, wie die Drahtzufuhrgeschwindigkeit zunimmt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtbogenschweißsystem zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Schweißwerkstück bereitgestellt. Das Lichtbogenschweißsystem enthält eine Schweißstromquelle, ein Schweißwerkzeug zum Entgegennehmen einer zugeführten aufzehrbaren Schweißdrahtelektrode, zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen, und eine Gasmischvorrichtung, die mit den zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen und der Schweißstromquelle wirkverbunden ist. Die Gasmischvorrichtung ist dafür konfiguriert, die Schutzgase von den zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen zu mischen, um ein durch die Schweißstromquelle befohlenes Mischungsverhältnis herzustellen. Die Schweißstromquelle ist dafür konfiguriert, der Gasmischvorrichtung zu befehlen, das Mischungsverhältnis auf der Basis einer ausgewählten Vorschubgeschwindigkeit des Schweißwerkzeugs zu modulieren, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißsystem während eines Schweißprozesses erzeugt wird, zeitlich zu beeinflussen. Eine Frequenz der Modulation des Mischungsverhältnisses kann in dem Maße steigen, wie die Vorschubgeschwindigkeit zunimmt. Das zeitliche Beeinflussen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht kann enthalten, zyklisch zwischen einem ersten Wärmezufuhrzustand und einem zweiten Wärmezufuhrzustand, der mehr Wärme zuführt als der erste Wärmezufuhrzustand, hin- und herzuschalten. Die Schutzgase können mindestens zwei von Argon, Helium, Kohlendioxid, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten. Der Schweißprozess kann zum Beispiel ein Aluminium- oder ein Aluminiumlegierungs-Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess sein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtbogenschweißsystem zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Schweißwerkstück bereitgestellt. Das Lichtbogenschweißsystem enthält eine Schweißstromquelle und zwei oder mehr Quellen von Schutzgasen. Jede Quelle von Schutzgas hat ein Auslassventil, wobei mindestens eines der Auslassventile durch ein Solenoid betätigt werden kann. Die Auslassventile sind mit einem gemeinsamen Auslassschlauch verbunden. Die Schweißstromquelle ist dafür konfiguriert, das eine oder die mehreren Solenoids auszulösen, um entsprechende Auslassventile zu öffnen und zu schließen, um ein Mischungsverhältnis der Schutzgase zu modulieren. Das Auslösen des einen oder der mehreren Solenoids kann über Impulsbreitenmodulation bewerkstelligt werden. Die Schutzgase können mindestens zwei von Argon, Helium, Kohlendioxid, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten. Das modulierte Mischungsverhältnis kann zeitlich die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht beeinflussen, die durch das Lichtbogenschweißsystem während eines Lichtbogenschweißprozesses erzeugt werden. Das zeitliche Beeinflussen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht kann enthalten, zyklisch zwischen einem ersten Wärmezufuhrzustand und einem zweiten Wärmezufuhrzustand, der mehr Wärme zuführt als der erste Wärmezufuhrzustand, hin- und herzuschalten. Der Schweißprozess kann zum Beispiel ein Aluminium- oder ein Aluminiumlegierungs-Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess sein.
Details veranschaulichter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnungen besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems, das mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Werkstück wirkverbunden ist;
2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Schweißausgangsstromwellenform mit einem positiven Elektrodenabschnitt und einem modulierten negativen Elektrodenabschnitt zum Beeinflussen eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe;
3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des synergistischen Modulierens der Drahtzufuhrgeschwindigkeit und einer Schweißausgangsstromwellenform zur Beeinflussung eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe;
4 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des zyklischen Hin- und Herschaltens zwischen zwei Schweißprozessen zur Beeinflussung eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe;
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform, wie eine Schweißstromquelle eine Modulationsfrequenz eines oder mehrerer Schweißparameter auf der Basis einer Schweißvorschubgeschwindigkeit justieren kann, um ein gleichmäßiges Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu erreichen;
6 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems, das mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Werkstück wirkverbunden ist;
7 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems, das mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Werkstück wirkverbunden ist; und
8 veranschaulicht ein Beispiel einer Aluminiumschweißraupe mit einem Münzstapel-Aussehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Folgende sind Definitionen beispielhafter Begriffe, die in der Offenbarung verwendet werden können. Es fallen jeweils sowohl die Einzahl- als auch die Mehrzahlbedeutung der Begriffe unter die entsprechende Bedeutung:
„Software” oder „Computerprogramm” im Sinne des vorliegenden Textes beinhaltet beispielsweise eine oder mehrere computerlesbare und/oder -ausführbare Anweisungen, die einen Computer oder eine andere elektronische Vorrichtung veranlassen, gewünschte Funktionen oder Aktionen auszuführen und/oder sich in einer gewünschten Weise zu verhalten. Die Anweisungen können in verschiedenen Formen verkörpert sein, wie zum Beispiel Routinen, Algorithmen, Modulen oder Programmen, die separate Anwendungen oder Code von dynamisch verlinkten Bibliotheken enthalten. Software kann ebenfalls in verschiedenen Formen implementiert werden, wie zum Beispiel als ein eigenständiges Programm, ein Funktionsruf, ein Servlet, ein Applet, eine Anwendung, Anweisungen, die in einem Speicher gespeichert sind, ein Teil eines Betriebssystems oder irgend eine andere Art von ausführbaren Anweisungen. Dem Durchschnittsfachmann leuchtet ein, dass die Form der Software zum Beispiel von den Anforderungen einer gewünschten Anwendung, der Umgebung, in der sie abläuft, und/oder den Vorstellungen eines Designers oder Programmierers oder dergleichen abhängig ist.
„Computer” oder „Verarbeitungselement” oder „Computervorrichtung” im Sinne des vorliegenden Textes beinhaltet beispielsweise eine beliebige programmierte oder programmierbare elektronische Vorrichtung, die Daten speichern, abrufen und verarbeiten kann. „Nicht-transitorische computerlesbare Medien” beinhalten beispielsweise eine CD-ROM, eine Flash-Wechselspeicherkarte, ein Festplattenlaufwerk, ein Magnetband und eine Floppydisk.
„Schweißwerkzeug” meint im Sinne des vorliegenden Textes beispielsweise eine Schweißpistole, einen Schweißbrenner oder eine sonstige Schweißvorrichtung, die eine aufzehrbare Schweißelektrode zu einem Werkstück leiten kann, ein Zufuhrsystem und einen Diffusor zum Verteilen eines Schutzgases bereitstellen kann und/oder elektrischen Strom (von einer Schweißstromquelle) an den Schweißdraht anlegen kann.
„Schweißausgangsstromkreispfad” meint im Sinne des vorliegenden Textes den elektrischen Pfad von einer ersten Seite des Schweißausgangs einer Schweißstromquelle durch ein erstes Schweißkabel (oder eine erste Seite eines Schweißkabels) zu einer Schweißelektrode, zu einem Werkstück (entweder durch einen Kurzschluss oder einen Lichtbogen zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück), durch ein zweites Schweißkabel (oder eine zweite Seite eines Schweißkabels) und zurück zu einer zweiten Seite des Schweißausgangs der Schweißstromquelle.
„Schweißkabel” meint im Sinne des vorliegenden Textes das elektrische Kabel, das zwischen einer Schweißstromquelle und einer Schweißelektrode und dem Werkstück (zum Beispiel durch eine Schweißdrahtzuführvorrichtung) verbunden sein kann, um elektrischen Strom bereitzustellen, um einen Lichtbogen zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück zu erzeugen.
„Schweißausgang” kann sich im Sinne des vorliegenden Textes auf die elektrischen Ausgangsschaltungen oder den elektrischen Ausgangsport oder die elektrischen Ausgangsanschlüsse einer Schweißstromquelle oder auf die elektrische Leistung, die elektrische Spannung oder den elektrischen Strom beziehen, die bzw. der durch die elektrischen Ausgangsschaltungen oder den elektrischen Ausgangsport einer Schweißstromquelle bereitgestellt wird.
„Computerspeicher” meint im Sinne des vorliegenden Textes eine Speichervorrichtung, die dafür konfiguriert ist, digitale Daten oder Informationen zu speichern, die durch einen Computer oder ein Verarbeitungselement abgerufen werden können.
„Controller” meint im Sinne des vorliegenden Textes die Logikschaltungen und/oder Verarbeitungselemente und zugehörige Software oder ein zugehöriges Programm, die bzw. das an der Steuerung einer Schweißstromquelle beteiligt ist.
Die Begriffe „Signal”, „Daten” und „Informationen” können im vorliegenden Text austauschbar verwendet werden und können in digitaler oder analoger Form vorliegen.
Der Begriff „Wechselstromschweißen” wird im vorliegenden Text in einem allgemein Sinn verwendet und kann sich sowohl auf echtes Wechselstromschweißen, Gleichstromschweißen mit positiven und negativen Polaritäten, polaritätsvariables Schweißen und andere Hybridschweißprozesse beziehen.
Der Begriff „Schweißparameter” wird im vorliegenden Text in einem breiten Sinn verwendet und kann sich auf Eigenschaften eines Abschnitts einer Schweißausgangsstromwellenform (zum Beispiel Amplitude, Impulsbreite oder -dauer, Anstieg, Elektrodenpolarität), einen Schweißprozess (zum Beispiel einen Kurzschlusslichtbogenschweißprozess oder einen Impulsschweißprozesses), eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit, eine Modulationsfrequenz oder eine Schweißvorschubgeschwindigkeit beziehen.
Die Begriffe „Modulation” und „modulieren” können sich im Sinne des vorliegenden Textes auf die Modifizierung, Änderung oder Variierung eines Schweißparameters oder eines Mischungsverhältnisses von Gasen mit einer definierten Rate oder Frequenz und mit einem definierten Arbeitszyklus beziehen.
Der Begriff „Energieausgangszustand” wird im Sinne des vorliegenden Textes aus Sicht einer Schweißstromquelle verwendet, und der Begriff „Energieeingangszustand” wird im Sinne des vorliegenden Textes aus Sicht einer Schweißnaht verwendet, auch wenn die Begriffe im vorliegenden Text im Wesentlichen äquivalent sein und austauschbar verwendet werden können. Der Begriff „Wärmezufuhrzustand” meint im Sinne des vorliegenden Textes einen Abschnitt eines Schweißprozesses, wo eine bestimmte Menge an Wärme zu einer Schweißnaht geleitet wird.
1 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems 100, das mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode und einem Werkstück wirkverbunden ist. Das System 100 enthält eine Schaltstromversorgung 105 mit einer Leistungswandlerkreis 110 und einem Brückenschaltkreis 180, der eine Schweißausgangsleistung zwischen der Schweißelektrode E und dem Werkstück W bereitstellt. Der Leistungswandlerkreis 110 kann Transformator-basiert mit einer Halbbrückenausgangstopologie sein. Zum Beispiel kann der Leistungswandlerkreis 110 von einem Wechselrichtertyp sein, der zum Beispiel eine Eingangsleistungsseite und eine Ausgangsleistungsseite aufweist, die durch die primäre bzw. die sekundäre Seiten eines Schweißtransformators abgegrenzt sind. Es sind noch weitere Arten von Leistungswandlungskreisen möglich, wie zum Beispiel ein Zerhäcksler-Typ mit einer Gleichstromausgangstopologie. Die Schaltstromversorgung 105 enthält außerdem einen Brückenschaltkreis 180, der mit dem Leistungswandlerkreis 110 wirkverbunden und dafür konfiguriert ist, eine Richtung der Polarität des Schweißausgangsstroms (zum Beispiel für Wechselstromschweißen) umzuschalten.
Das System 100 enthält des Weiteren einen Wellenformgenerator 120 und einen Controller 130. Der Wellenformgenerator 120 erzeugt Schweißwellenformen auf Befehl des Controllers 130. Eine durch den Wellenformgenerator 120 erzeugte Wellenform moduliert den Ausgang des Leistungswandlerkreises 110, um den Schweißausgangsstrom zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W zu erzeugen. Der Controller 130 befiehlt außerdem das Umschalten des Brückenschaltkreises 180 und kann Steuerbefehle an den Leistungswandlerkreis 110 während eines Schweißprozesses übermitteln.
Das System 100 kann des Weiteren einen Spannungsrückkopplungskreis 140 und einen Stromrückkopplungskreis 150 enthalten, um die Schweißausgangsspannung und den Schweißausgangsstrom zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W zu überwachen und die überwachte Spannung und den überwachten Strom zurück an den Controller 130 zu melden. Die Rückkopplungsspannung und der Rückkopplungsstrom können durch den Controller 130 dafür verwendet werden, Entscheidungen mit Bezug auf das Modifizieren der durch den Wellenformgenerator 120 erzeugten Schweißwellenform zu treffen und/oder andere Entscheidungen zu treffen, die zum Beispiel den Betrieb des Systems 100 berühren. Gemäß einer Ausführungsform wird der Controller 130 dafür verwendet, eine Modulationsfrequenz zu steuern, mit der ein oder mehrere Schweißparameter variiert werden, um das Aussehen einer Schweißraupe zu beeinflussen, die von der aufzehrbaren Schweißelektrode auf das Werkstück abgeschieden wird.
Gemäß einer Ausführungsform bilden die Schaltstromversorgung 105, der Wellenformgenerator 120, der Controller 130, der Spannungsrückkopplungskreis 140 und der Stromrückkopplungskreis 150 eine Schweißstromquelle des Systems 100. Das System 100 enthält außerdem eine Drahtzuführvorrichtung 5, die die aufzehrbare Drahtschweißelektrode E in Richtung des Werkstücks W durch ein Schweißwerkzeug 6 hindurch zuführt. Die Drahtzuführvorrichtung 5, das Schweißwerkzeug 6, die aufzehrbare Schweißelektrode E und das Werkstück W sind nicht Teil der Schweißstromquelle, können aber mit der Schweißstromquelle 100 über ein oder mehrere Schweißausgangskabel wirkverbunden sein.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Wechselstrom-Schweißausgangsstromwellenform 200 mit einem positiven Elektrodenabschnitt 210 und einem modulierten negativen Elektrodenabschnitt 220 zum Beeinflussen eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe. Unter dem Befehl des Controllers 130 kann der negative Elektrodenabschnitt der Wellenform 200 zwischen einem niedrigeren Energieabgabezustand 221 und einem höheren Energieabgabezustand 222 variiert werden. Zum Beispiel kann der negative Elektrodenabschnitt 220, der den niedrigeren Energieabgabezustand 221 bereitstellt, x aufeinanderfolgende Wellenformzyklen (zum Beispiel zehn Wellenformzyklen) lang erzeugt werden, gefolgt von dem höheren Energieabgabezustand 222 über eine Dauer von y aufeinanderfolgenden Wellenformzyklen (zum Beispiel fünf Wellenformzyklen). Der Prozess wiederholt sich mit einer definierten Modulationsrate. Darum wird der negative Elektrodenabschnitt 220 mit der Modulationsrate zwischen dem Niedrigenergiezustand und dem Hochenergiezustand hin und her geschaltet.
Die Schmelzrate des Elektrodenschweißmaterials ändert sich in dem Maße, wie das Verhältnis von positiver Elektrodenenergie zu negativer Elektrodenenergie sich durch Modulieren der negativen Elektrodenenergie ändert. Zum Beispiel kann die Drahtelektrode E während des negativen Elektrodenabschnitts der Schweißausgangsstromswellenform 200 schneller schmelzen. Eine solche Modulation des negativen Elektrodenabschnitts des Schweißausgangsstroms kann zu einem gewünschten Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe führen (zum Beispiel einem Münzstapel-Aussehen, wenn die Schweißanwendung eine Aluminium oder Aluminiumlegierungs-MIG-Schweißanwendung ist). 8 veranschaulicht ein Beispiel einer Aluminiumschweißraupe 800 mit einem Münzstapel-Aussehen.
Der negative Elektrodenabschnitt 220 der Schweißausgangsstromswellenform 200 kann auf verschiedene Weise moduliert werden. In 2 werden die Amplitude und die Dauer oder die Impulsbreite des negativen Elektrodenabschnitts 220 variiert. Weitere Parameter oder Eigenschaften können ebenfalls variiert werden, wie zum Beispiel die ab- und ansteigenden Flanken des negativen Elektrodenabschnitts 220 oder die Gesamtform des negativen Elektrodenabschnitts 220.
3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des synergistischen Modulierens der Drahtzufuhrgeschwindigkeit und einer Schweißausgangsstromwellenform zur Beeinflussung eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe. Der obere Abschnitt von 3 zeigt den Übergang 301 zwischen Wellenformzyklen eines Schweißausgangsstroms 300 mit einem negativen Niedrigenergie-Elektrodenabschnitt 310 und Wellenformzyklen des Schweißausgangsstroms 300 mit einem negativen Hochenergie-Elektrodenabschnitt 320. Das heißt, der negative Elektrodenabschnitt des Schweißausgangsstroms 300 wird mit einer definierten Modulationsrate moduliert. Der untere Abschnitt von 3 zeigt den Übergang 301 zwischen einem Abschnitt mit niedriger Drahtzufuhrgeschwindigkeit 330 und einem Abschnitt mit hoher Drahtzufuhrgeschwindigkeit 340 des Schweißelektrodendrahtes E während der Zuführung durch die Drahtzuführvorrichtung 5. Das heißt, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit wird mit einer definierten Modulationsrate moduliert (der Prozess wiederholt sich mit der Modulationsrate).
Gemäß einer Ausführungsform wird der Abschnitt mit niedriger Drahtzufuhrgeschwindigkeit 330 mit dem negativen Niedrigenergie-Elektrodenabschnitt 310 des Schweißausgangsstroms 300 korreliert, und der Abschnitt mit hoher Drahtzufuhrgeschwindigkeit 340 wird mit dem negativen Hochenergie-Elektrodenabschnitt 320 des Schweißausgangsstroms 300 korreliert. Darum ist die Modulationsrate des Schweißausgangsstroms 300 und der Drahtzufuhrgeschwindigkeit die gleiche und befindet sich in Synchronisation. Eine solche Modulation des negativen Elektrodenabschnitts 310 des Schweißausgangsstroms 300 und der Drahtzufuhrgeschwindigkeit können zu einem gewünschten Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe führen (zum Beispiel einem Münzstapel-Aussehen, wenn die Schweißanwendung eine Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-MIG-Schweißanwendung ist; siehe zum Beispiel das Münzstapelraupen-Aussehen von 8).
4 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des zyklischen Hin- und Herschaltens zwischen zwei Schweißprozessen zur Beeinflussung eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe. Zum Beispiel schaltet der Schweißprozess in 4 zwischen Zyklen (zum Beispiel in zehn Zyklen) eines Impulsschweißprozesses 410 und Zyklen (zum Beispiel fünfzehn Zyklen) eines Kurzschlusslichtbogenschweißprozesses 420 mit einer definierten Modulationsrate hin und her. Impulsschweißprozesse und Kurzschlusslichtbogenschweißprozesse sind dem Fachmann allgemein bekannt. Das zyklische Hin- und Herschalten zwischen den zwei Schweißprozessen mit der Modulationsrate erfolgt gemäß einer Ausführungsform unter der Steuerung des Controllers 130. Der Impulsschweißprozess 410 kann eine starke Wärmeübertragung von Schweißtröpfchen über den Lichtbogen zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W bereitstellen. Der Kurzschlusslichtbogenschweißprozess 420 kann eine niedrige Wärmeübertragung von Schweißtröpfchen von der Elektrode E zu dem Werkstück W durch Kurzschließen der Elektrode E zu dem Werkstück W bereitstellen. Die Modulationsrate kann gesteuert werden, um die resultierende Wärmezufuhr zu der Schweißnaht zu steuern. Eine solche Modulation von Schweißprozessen kann zu einem gewünschten Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe führen (zum Beispiel einem Münzstapel-Aussehen, wenn die Schweißanwendung eine Silizium-Bronze- oder Aluminium MIG-Schweißanwendung ist). Gemäß anderen Ausführungsformen kann auch zwischen anderen Niedrigwärme- und Hochwärme-Schweißprozessen zyklisch umgeschaltet werden.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform, wie eine Schweißstromquelle eine Modulationsrate oder Frequenz eines oder mehrerer Schweißparameter auf der Basis einer Schweißvorschubgeschwindigkeit justieren kann, um ein gleichmäßiges Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu erreichen. Die Schweißvorschubgeschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit, mit der ein Schweißer (oder eine mechanisierte Vorrichtung) ein Schweißwerkzeug entlang eines Schweißpfades bewegt, um von einer aufzehrbaren Elektrode eine Schweißraupe abzuscheiden. Der eine oder die mehreren modulierten Schweißparameter können zum Beispiel einen negativen Elektrodenabschnitt eines Schweißausgangsstroms (zum Beispiel Amplitude und Dauer), eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit oder einen Schweißprozess (zum Beispiel Kurzschlusslichtbogen und Impuls) enthalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können noch weitere Schweißparameter moduliert werden.
Als ein Beispiel kann die Modulationsfrequenz direkt und linear mit Bezug auf die Schweißvorschubgeschwindigkeit variieren, wie in dem Kurvendiagramm 510 von 5 gezeigt. Alternativ kann die Modulationsfrequenz umgekehrt und linear mit Bezug auf die Schweißvorschubgeschwindigkeit variieren, wie in dem Kurvendiagramm 520 von 5 gezeigt. Als ein anderes Beispiel kann die Modulationsfrequenz Stück für Stück linear mit Bezug auf die Schweißvorschubgeschwindigkeit variieren, wie in dem Kurvendiagramm 530 von 5 gezeigt. Als ein letztes Beispiel kann die Modulationsfrequenz nicht-linear mit Bezug auf die Schweißvorschubgeschwindigkeit variieren, wie in dem Kurvendiagramm 540 von 5 gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform können zwei oder mehr Schweißparameter miteinander korreliert oder synchronisiert werden und gemäß derselben Modulationsfrequenz variieren.
Ein solches Variieren der Modulationsfrequenz eines oder mehrerer Schweißparameter gemäß der Änderung der Schweißvorschubgeschwindigkeit kann zu einem gleichmäßigen Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe führen (zum Beispiel einem Münzstapel-Aussehen, wenn die Schweißanwendung eine Nickel- oder Nickellegierungs-MIG-Schweißanwendung ist). Weitere Beziehungen zwischen Modulationsfrequenz und Schweißvorschubgeschwindigkeit sind gemäß anderen Ausführungsformen auch möglich.
Es werden Systeme und Verfahren zum Beeinflussen eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe durch Modulieren eines oder mehrerer Schweißparameter offenbart. Zum Beispiel kann ein negativer Elektrodenabschnitt eines Schweißausgangsstroms moduliert werden, um das Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu beeinflussen. Des Weiteren kann eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit einer Schweißelektrode synergistisch mit einem negativen Elektrodenabschnitt eines Schweißausgangsstroms moduliert werden, um das Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu beeinflussen. Zwei oder mehr Schweißprozesse können bei einer spezifizierten Modulationsfrequenz miteinander verschachtelt werden, um das Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu beeinflussen. Ein oder mehrere Schweißparameter können auf der Basis einer Schweißvorschubgeschwindigkeit moduliert werden, um ein gleichmäßiges Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform werden Schutzgase während eines Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozesses verwendet, um die Schweißregion vor atmosphärischen Gasen, wie zum Beispiel Sauerstoff oder Stickstoff, zu schützen, obgleich es Situationen geben kann, wo es wünschenswert ist, Sauerstoff oder Stickstoff in Kombination mit anderen Gasen zum Abschirmen zu verwenden. Solche atmosphärischen Gase können verschiedene Schweißmetalldefekte hervorrufen, wie zum Beispiel Fusionsdefekte, Versprödung und Porosität. Die verwendete Art des Schutzgases oder die verwendete Kombination von Schutzgasen richtet sich nach den geschweißten Materialien und dem Schweißprozess. Die bereitzustellende Strömungsrate des Schutzgases richtet sich nach der Art des Schutzgases, der Vorschubgeschwindigkeit, dem Schweißstrom, der Schweißnahtgeometrie und dem Metallübertragungsmodus des Schweißprozesses. Zu den inerten Schutzgasen gehören Argon und Helium. Es kann jedoch Situationen geben, wo es wünschenswert ist, andere Schutzgase oder Kombinationen von Gasen zu verwenden, wie zum Beispiel Kohlendioxid (CO₂), Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schutzgas während eines Lichtbogenschweißprozesses so zu einem Schweißwerkzeug geführt werden, dass das Schweißwerkzeug das Schutzgas während des Schweißprozesses zu der Schweißregion dispergiert. Das Schutzgas oder die Schutzgase, die während eines Schweißprozesses verwendet werden, können die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht beeinflussen. Eine solche Beeinflussung der Wärmezufuhr kann durch verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Beeinflussung des Aussehens einer Schweißraupe ausgenutzt werden.
6 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems 600, das mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode E und einem Werkstück W wirkverbunden ist. Das System 600 ist dem System 100 von 1 sehr ähnlich. Das System 600 enthält jedoch eine erste Quelle von Schutzgasen 610 und eine zweite Quelle von Schutzgasen 620. Die Quellen von Schutzgasen können zum Beispiel zylindrische Metallbehältnisse mit Ausgangsventilen sein. Die erste Quelle von Schutzgasen 610 kann zum Beispiel Argongas enthalten. Die zweite Quelle von Schutzgasen 620 kann zum Beispiel Heliumgas enthalten. Weitere Arten von Schutzgasen sind auch möglich, wie zum Beispiel Kohlendioxid, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff.
Das System 600 enthält außerdem eine Gasmischvorrichtung 630, die mit den Ausgängen (zum Beispiel Ausgangsventilen) der Quellen der Schutzgase 610 und 620 verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Gasmischvorrichtung 630 eine digital gesteuerte Vorrichtung, welche die durch die Quellen der Schutzgase 610 und 620 bereitgestellten Gase aufnimmt und die Gasen miteinander mischt, um ein Mischungsverhältnis der Gase zu bilden. Wenn zum Beispiel die Quelle 610 Argongas bereitstellt und die Quelle 620 Heliumgas bereitstellt, so kann die Gasmischvorrichtung 630 so eingestellt werden, dass sie die Gase in einem Mischungsverhältnis von 75% Argon und 25% Helium ausgibt. Gemäß einer Ausführungsform gibt der Controller 130 der Schweißstromquelle ein Signal an die Gasmischvorrichtung 630 aus, mit dem das Mischungsverhältnis angewiesen wird. Das Gemisch der Gase kann dann während eines Schweißprozesses einem Schweißwerkzeug zugeführt werden, um eine Abschirmung, wie oben beschrieben, bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Controller 130 der Schweißstromquelle dafür konfiguriert (zum Beispiel programmiert) sein, das Mischungsverhältnis während eines Schweißprozesses zu modulieren. Zum Beispiel kann der Controller 130 die Gasmischvorrichtung 130 anweisen, ein Mischungsverhältnis von 100% Argon über x Zyklen (zum Beispiel 15 Zyklen) eines Schweißprozesses bereitzustellen, gefolgt von einem Mischungsverhältnis von 50% Argon und 50% Helium über y Zyklen (zum Beispiel 10 Zyklen) des Schweißprozesses, und dies in einer sich wiederholenden Weise. Eine solche Modulation des Mischungsverhältnisses während eines Schweißprozesses beeinflusst die Wärmezufuhr zu der Schweißnaht als eine Funktion der Zeit (d. h. zeitlich) und kann dazu führen, dass ein bestimmtes Aussehen der resultierenden Schweißraupe (zum Beispiel ein Münzstapel-Aussehen) entsteht. Für verschiedene Schweißprozesses können verschiedene Modulationsfrequenzen bereitgestellt werden, um spezielle gewünschte Erscheinungsbilder von Schweißraupen für jene Schweißprozesse zu erhalten.
7 veranschaulicht ein schematisches Blockschaubild einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems 700, das mit einer aufzehrbaren Schweißelektrode E und einem Werkstück W wirkverbunden ist. Das System 700 ist dem System 600 von 6 ähnlich, außer dass das System 700 keine Gasmischvorrichtung 630 enthält. Des Weiteren enthält jede der Quellen der Schutzgase 610 und 620 ein Auslassventil, das durch ein Solenoid 710 bzw. 720 betätigt werden kann. Die Auslassventile sind mit einem gemeinsamen Auslassschlauch 730 verbunden, so dass Gase von den Quellen der Schutzgase 610 und 620 sich in dem gemeinsamen Auslassschlauch 730 vermischen.
Der Controller 130 der Schweißstromquelle ist dafür konfiguriert, jedes Solenoid der Schutzgasquellen auszulösen, um jedes entsprechende Auslassventil zu öffnen und zu schließen, um ein Mischungsverhältnis der Schutzgase bei einer Modulationsrate zu modulieren. Gemäß einer Ausführungsform gibt der Controller 130 ein impulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal an jedes der Solenoids aus, um die Ventile in einer wiederholten Weise mit einer Impulsbreitenmodulationsfrequenz und einem Arbeitszyklus zu öffnen und zu schließen. Die PWM-Signale zu den Solenoids können gemäß verschiedenen Ausführungsformen die gleichen sein und die gleichen Eigenschaften haben, oder können voneinander verschieden sein und unterschiedliche Eigenschaften (zum Beispiel unterschiedliche PWM-Frequenzen oder Arbeitszyklen) haben. Je näher am Lichtbogen die modulierten Gase vermischt werden, desto ausgeprägter kann der Einfluss auf die Gasmodulation ausfallen.
Der Controller 130 ist des Weiteren dafür konfiguriert, die PWM-Signale zu variieren, um ein resultierendes Mischungsverhältnis der Schutzgase zu modulieren. Zum Beispiel kann der Controller 130 PWM-Signale, die zu einem Mischungsverhältnis von 98% Argon und 2% CO₂ führen, über x Zyklen eines Schweißprozesses bereitstellen, gefolgt von einem Mischungsverhältnis von 90% Argon und 10% CO₂ über y Zyklen des Schweißprozesses, und dies in einer sich wiederholenden Weise. Eine solche Modulation des Mischungsverhältnisses während eines Schweißprozesses beeinflusst die Wärmezufuhr zu der Schweißnaht als eine Funktion der Zeit (d. h. zeitlich) und kann dazu führen, dass ein gewünschtes Aussehen und eine gewünschte Qualität der resultierenden Schweißraupe entstehen. Es können verschiedene Raten der Mischungsverhältnismodulation für verschiedene Schweißprozesse bereitgestellt werden, um bestimmte gewünschte Erscheinungsbilder von Schweißraupen für jene Schweißprozesse zu erhalten. Es versteht sich jedoch, dass die PWM-Frequenzen der PWM-Signale nicht die gleichen sind wie die Modulationsrate des Mischungsverhältnisses. Statt dessen beeinflussen die Frequenzen der PWM-Signale, die in die Solenoids der Quellen der Schutzgase eingespeist werden, gemäß einer Ausführungsform die Modulationsrate des Mischungsverhältnisses.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann eine erste Quelle von Schutzgasen zwei Gase enthalten, die gemäß einem definierten Mischungsverhältnis vermischt werden (zum Beispiel 90% Argon und 10% CO₂). Eine zweite Quelle von Schutzgasen braucht nur CO₂ zu enthalten und kann ein Solenoid haben, das wirkverbunden ist, um ein Ausgangsventil der zweiten Quelle zu steuern. Während eines Schweißprozesses kann die erste Quelle dauerhaft das definierte Mischungsverhältnis (zum Beispiel 90% Argon und 10% CO₂) bereitstellen, und das Solenoid der zweiten Quelle kann periodisch ausgelöst werden, um zusätzliches CO₂ bereitzustellen, um das Mischungsverhältnis gemäß einer Modulationsrate zu ändern (wie zum Beispiel, das Mischungsverhältnis zu 75% Argon und 25% CO₂ zu ändern). In einer solchen alternativen Ausführungsform braucht die erste Quelle von Schutzgasen kein Solenoid zu haben, das ein Ausgangsventil steuert. Eine solche alternative Ausführungsform kann zum Beispiel zum Schweißen von Weichstahl verwendet werden.
Gemäß anderen Ausführungsformen können mehr als zwei Quellen der Schutzgase gemäß den im vorliegenden Text beschriebenen Techniken bereitgestellt und miteinander vermischt werden, um Mischungsverhältnisse mit mehr als zwei Komponenten bereitzustellen. Zum Beispiel können drei Quellen von Schutzgasen, die Argongas, CO₂-Gas und Heliumgas bereitstellen, unter der Steuerung des Controllers der Schweißstromquelle unter Verwendung des Systems 600 von 6 oder des Systems 700 von 7 vermischt und moduliert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann dies zu einem Mischungsverhältnis von 94% Argon, 3% CO₂ und 3% Helium über x Zyklen eines Schweißprozesses führen, gefolgt von einem Mischungsverhältnis von 85% Argon, 10% CO₂ und 5% Helium über y Zyklen des Schweißprozesses, in einer sich wiederholenden Weise.
Des Weiteren kann die Modulationsfrequenz des Mischungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform von einer ausgewählten Vorschubgeschwindigkeit eines Schweißwerkzeugs abhängig sein. Zum Beispiel kann in dem Maße, wie die ausgewählte Vorschubgeschwindigkeit schneller wird, die Modulationsfrequenz des Mischungsverhältnisses erhöht werden. Des Weiteren kann ein Schweißparameter (zum Beispiel ein negativer Elektrodenabschnitt einer zyklischen Schweißausgangsstromwellenform, ein positiver Elektrodenabschnitt einer zyklischen Schweißausgangsstromwellenform, eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit der aufzehrbaren Schweißelektrode oder ein Schweißausgangsstromwellenformtyp) zusammen mit dem Mischungsverhältnis in einer korrelierten Weise moduliert werden, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht zeitlich beeinflussen.
Es werden Systeme und Verfahren zur Beeinflussung der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht und damit eines Aussehens einer abgeschiedenen Schweißraupe durch Modulieren eines Mischungsverhältnisses von Schutzgasen und/oder eines oder mehrerer Schweißparameter offenbart. Zum Beispiel kann ein Mischungsverhältnis zweier verschiedener Schutzgase von zwei Schutzgasquellen moduliert werden, um das Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu beeinflussen. Die Modulationsfrequenz kann auf einer ausgewählten Vorschubgeschwindigkeit eines Schweißwerkzeugs basieren. Des Weiteren kann eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit einer Schweißelektrode synergistisch mit den Schutzgasen moduliert werden, um das Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu beeinflussen. Es können noch weitere Schweißparameter synergistisch mit den Schutzgasen moduliert werden, um das Aussehen einer abgeschiedenen Schweißraupe zu beeinflussen.
In den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten” und „aufweisen” als direkte sprachliche Äquivalente des Begriffes „umfassen” verwendet; die Formulierung „bei denen” ist äquivalent zu „wobei”. Darüber hinaus werden in den beigefügten Ansprüchen die Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter”, „oberer”, „unterer”, „unten”, „oben” usw. lediglich als Bezeichner verwendet und dienen nicht dazu, numerische oder positionale Anforderungen an ihre Objekte zu stellen. Des Weiteren sind die Einschränkungen der beigefügten Ansprüche nicht im Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben, und es besteht nicht die Absicht, dass sie im Sinne von 35 U.S.C. § 112, sechster Absatz, ausgelegt werden, sofern nicht – und bis – solche Anspruchseinschränkungen ausdrücklich die Phrase „Mittel für” verwenden, gefolgt von einer Darlegung der Funktion ohne weitere Struktur. Im Sinne des vorliegenden Textes ist ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl mit vorangestelltem „ein” oder „eine” genannt wird, nicht so zu verstehen, als sei die Mehrzahl der Elemente oder Schritte ausgeschlossen, sofern nicht ein solcher Ausschluss ausdrücklich angegeben ist. Des Weiteren sind Verweise auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht so zu verstehen, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen, die ebenfalls die zitierten Merkmale enthalten, ausschließen. Darüber hinaus können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes ausgesagt wird, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen”, „enthalten” oder „aufweisen”, weitere derartige Elemente ohne jene Eigenschaft enthalten. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen so dargestellt werden, dass sie gleiche oder ähnliche Elemente aufweisen; das dient jedoch lediglich Veranschaulichungszwecken, und solche Ausführungsformen brauchen nicht unbedingt die gleichen Elemente zu haben, sofern dies nicht in den Ansprüchen ausgesagt wird.
Im Sinne des vorliegenden Textes bezeichnen die Begriffe „können” und „können sein” die Möglichkeit eines Eintretens innerhalb einer Gruppe von Umständen; den Besitz einer spezifizierten Eigenschaft, eines spezifizierten Merkmals oder einer spezifizierten Funktion; und/oder sie qualifizieren ein anderes Verb durch Ausdrücken einer Fähigkeit und/oder Eignung oder Möglichkeit, die dem qualifizierten Verb eigen ist. Dementsprechend bezeichnet der Gebrauch von „können” und „kann sein”, dass ein modifizierter Begriff für eine angegebene Eigenschaft, Funktion oder Nutzung augenscheinlich zweckmäßig, brauchbar oder geeignet ist, wobei die Möglichkeit berücksichtigt wird, dass der modifizierte Begriff unter einigen Umständen nicht unbedingt zweckmäßig, brauchbar oder geeignet sein muss. Zum Beispiel kann unter einigen Umständen ein Ereignis oder eine Fähigkeit erwartet werden, während das Ereignis oder die Fähigkeit unter anderen Umständen nicht eintritt. Diese Unterscheidung wird durch die Begriffe „können” und „kann sein” erfasst.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich des besten Modus, und außerdem, um es dem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich des Herstellens und Verwendens jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und des Ausführens der hier enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die dem Durchschnittsfachmann einfallen. Es ist beabsichtigt, dass solche anderen Beispiele in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Formulierung der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie vergleichbare strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Formulierungen der Ansprüche enthalten.
Obgleich der beanspruchte Gegenstand der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und dass Äquivalente substituiert werden können, ohne vom Schutzumfang des beanspruchten Gegenstandes abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren des beanspruchten Gegenstands anzupassen, ohne seinen Schutzumfang zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass der beanspruchte Gegenstand alle Ausführungsformen beinhaltet, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

5: Drahtzuführvorrichtung
6: Schweißwerkzeug
100: Lichtbogenschweißsystem
105: Stromversorgung
110: Leistungswandlerkreis
120: Wellenformgenerator
130: Controller
140: Spannungsrückkopplungskreis
150: Stromrückkopplungskreis
180: Brückenschaltkreis
200: Wellenform
210: positiver Elektrodenabschnitt
220: negativer Elektrodenabschnitt
221: niedrigerer Energieabgabezustand
222: höherer Energieabgabezustand
300: Schweißausgangsstrom
301: Übergang
310: negativer Elektrodenabschnitt
320: negativer Hochenergie-Elektrodenabschnitt
330: Abschnitt mit niedriger Drahtzufuhrgeschwindigkeit
340: Abschnitt mit hoher Drahtzufuhrgeschwindigkeit
410: Impulsschweißprozess
420: Kurzschlusslichtbogenschweißprozess
510: Kurvendiagramm
520: Kurvendiagramm
530: Kurvendiagramm
540: Kurvendiagramm
600: Lichtbogenschweißsystem
610: erste Quelle von Schutzgasen
620: zweite Quelle von Schutzgasen
630: Gasmischvorrichtung
700: Lichtbogenschweißsystem
710: Solenoid
720: Solenoid
730: gemeinsamer Auslassschlauch
800: Aluminiumschweißraupe
E: Elektrode
W: Werkstück
x: Anzahl von Zyklen
y: Anzahl von Zyklen

Claims

Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode (E) und einem Schweißwerkstück (W), wobei das System (100, 600, 700) Folgendes umfasst: eine Schweißstromquelle (105); zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen; und eine Gasmischvorrichtung (630), die mit den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen und der Schweißstromquelle (105) wirkverbunden und dafür konfiguriert ist, die Schutzgase aus den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen zu mischen, um ein durch die Schweißstromquelle (105) befohlenes Mischungsverhältnis zu erreichen, wobei die Schweißstromquelle (105) dafür konfiguriert ist, der Gasmischvorrichtung (630) zu befehlen, das Mischungsverhältnis zu modulieren, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) während eines Schweißprozesses erzeugt wird, zeitlich zu beeinflussen.
Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode (E) und einem Schweißwerkstück (W), wobei das System (100, 600, 700) Folgendes umfasst: eine Schweißstromquelle (105); zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen; und eine Gasmischvorrichtung (630), die mit den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen und der Schweißstromquelle (105) wirkverbunden und dafür konfiguriert ist, die Schutzgase aus den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen zu mischen, um ein durch die Schweißstromquelle (105) befohlenes Mischungsverhältnis zu erreichen, wobei die Schweißstromquelle (105) dafür konfiguriert ist, der Gasmischvorrichtung zu befehlen, das Mischungsverhältnis und einen Schweißparameter in einer korrelierten Weise zu modulieren, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) während eines Schweißprozesses erzeugt wird, zeitlich zu beeinflussen.
System (100, 600, 700) nach Anspruch 2, wobei der Schweißparameter einen negativen Elektrodenabschnitt (220, 320) einer zyklischen Schweißausgangsstromwellenform (200, 300) oder einen positiven Elektrodenabschnitt (210, 310) einer zyklischen Schweißausgangsstromwellenform (200, 300) oder eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit der aufzehrbaren Schweißelektrode (E) oder einen Schweißausgangsstrom(200, 300)-Wellenformtyp enthält.
Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode (E) und einem Schweißwerkstück (W), wobei das System (100, 600, 700) Folgendes umfasst: eine Schweißstromquelle (105); ein Schweißwerkzeug (6) zum Entgegennehmen einer zugeführten aufzehrbaren Schweißdrahtelektrode (E); zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen; und eine Gasmischvorrichtung (630), die mit den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen und der Schweißstromquelle (105) wirkverbunden und dafür konfiguriert ist, die Schutzgase aus den zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen zu mischen, um ein durch die Schweißstromquelle (105) befohlenes Mischungsverhältnis zu erreichen, wobei die Schweißstromquelle (105) dafür konfiguriert ist, der Gasmischvorrichtung (630) zu befehlen, das Mischungsverhältnis auf der Basis einer ausgewählten Vorschubgeschwindigkeit des Schweißwerkzeugs (6) zu modulieren, um die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht, die durch das Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) während eines Schweißprozesses erzeugt wird, zeitlich zu beeinflussen.
System (100, 600, 700) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Frequenz der Modulation des Mischungsverhältnisses in dem Maße zunimmt, wie die Vorschubgeschwindigkeit zunimmt.
Lichtbogenschweißsystem (100, 600, 700) zum Generieren eines Lichtbogens zwischen einer aufzehrbaren Schweißelektrode (E) und einem Schweißwerkstück (W), wobei das System (100, 600, 700) Folgendes umfasst: eine Schweißstromquelle (105); und zwei oder mehr Quellen (610, 620) von Schutzgasen, wobei jede Quelle (610, 620) von Schutzgasen ein Auslassventil aufweist, wobei mindestens eines der Auslassventile durch ein Solenoid (710, 720) betätigt werden kann, wobei die Auslassventile mit einem gemeinsamen Auslassschlauch (730) verbunden sind, und wobei die Schweißstromquelle (105) dafür konfiguriert ist, das eine oder die mehreren Solenoids (710, 720) auszulösen, um entsprechende Auslassventile zu öffnen und zu schließen, um ein Mischungsverhältnis der Schutzgase zu modulieren.
System (100, 600, 700) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Auslösen des einen oder der mehreren Solenoids (710, 720) über Impulsbreitenmodulation bewerkstelligt wird.
System (100, 600, 700) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schutzgase mindestens zwei von Argon, Helium, Kohlendioxid, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten.
System (100, 600, 700) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das modulierte Mischungsverhältnis die Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht die durch das Lichtbogenschweißsystem während eines Lichtbogenschweißprozesses erzeugt wird, zeitlich beeinflusst.
System (100, 600, 700) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das zeitliche Beeinflussen der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht enthält, zyklisch zwischen einem ersten Wärmezufuhrzustand und einem zweiten Wärmezufuhrzustand, der mehr Wärme zuführt als der erste Wärmezufuhrzustand, hin- und herzuschalten.
System (100, 600, 700) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schweißprozess einen Aluminium- oder einen Aluminiumlegierungs-Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess umfasst.