DE2357196A1 - Einrichtung zur formierung des bogenstromes beim lichtbogen-impulsschweissen - Google Patents

Description

Dipl.-lng, Dr. jur.

Frank Arnold Nix

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Frankfurt am Main 70 ■ "^O/N

Ie 123

EHTMCHQTdHG ZUR FORMIERUNG DES BOGENSTROLIES BEIM LICHTBOGEIi-IISHJLSSCIIWElSSEM"

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Lichtbogenschweißung, insbesondere eine Einrichtungen zur Formierung des Bogenstroraes beim Lichtbogen-Impulsschweißen.

Zur Zeit werden für das Lichtbogen-Impulsschweißen Einrichtungen benutzt, die zwei Speisequellen enthalten und zxvar eine Grundstromquelle und eine Impuldstromquelle, die parallel mit einer gemeinsamen Last (dem Lichtbogen) betrieben werden.

Als Grundstromquelle wird gewöhnlich ein Gleichstromgenerator oder ein Gleichrichter zur Erhaltung eines geglätteten Gleichstromes verwendet.

Als Impulsstromquelle benutzt man entweder einen Gleich-509821/0512

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rich tor im Impulsbetrieb oder eine Spe is e quelle, d er en Wirkungsweise- auf der Entladung einer vorher geladenen Kapazität über ein gesteuertes Ventil und über den Lichtbogen beruht .

Nachteilig bei derartigen Einrichtungen sind ihre großen Abmessungen und ihre durch das Vorhandensein von zwei Speisequellen bedingte Unwirtschaftlichkeit. Außerdem wird die Grundstromquelle beim Durchgang von Stromimpulsen infolge eines Sp-annungsanstiege am Lichtbogen teilweise oder vollständig gesperrt, wobei die Grundstromkurve nach dem Impulsdurchgang Einsattelungen aufweist.

Diese Einsattelungen der Grundstromkurve können bei kleinen Werten des Grundstromes zur Störung der Stabilität des Lichtbogenbrennens beim Verschweißen von Werkstoffen mit geringer Dicke führen.

Es ist auch eine Gleichrichterschaltung mit pulsierender gleichgerichteter Spannung bekannt, in der zur Glättung von Pulsationen des gleichgerichteten Stromes eine am G-Ie ichrichterausgang im Kreis des gleichgerichteten Stromes liegende Glättungsdrossel verwendet wird (vgl, z.B. I.L. Kaganow "Stromumrichter mit Elektronen- und Ionengeräten", GEI, Moskau, 1956).

Dieser Gleichrichter kann in der bekannten Ausführungsart für das Lichtbogen-Impulsschweißen nicht benutzt werden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Mängel«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich-

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tung zur Formierung des Bogenstromes be im Lichtbogen-Impuls schweißen zu entwickeln, die nur eine Speisequelle zur Versorgung mit Grundstrom und Impulsstrom enthält und die Einsattelungen in der Kennlinie des Ausgangsstromes beseitigt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß.die Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beim Lichtbogen-Impulsschweißen, die einen Gleichrichter und eine am Gleichrichterausgang liegende und zur Glättung von Pulsationen des gleichgerichteten Stromes dienende Drossel enthält, erfindungsgemäß mit einem gesteurten Ventil ausgestattet wird, das paral-' lol zur erwähnten Drossel liegt und in einer gewählten Pulsationsperiode der gleichgerichteten Spannung die genannte Drossel mit Verzögerung in Bezug auf den Beginn, der Pulsationsperiodo der gleichgerichteten Spannung überbrückt.

Zweckmäßigerweise kann die Einrichtung zur Formierung dos Bogenstrcries beim Lichtbogen-Impulsschweißen mit zusätzlichen gesteuerten Ventilen ausgestattet werden, die an den Eingang des Gleichrichters geschaltet werden und die Möglichkeit geben, gleichzeitig mit der überbrückung der erwähnten Drossel die gleichgerichtete pulsierende Spannung in der restlichen Zeit der Pulsationsperiode der gleichgerichteten Spannung zu erhöhen.

Ss ist '-iucli zweckmäßig, an die Steuerelektroden der erwähnten zusätzlichen gesteuerten Ventile ein Verzögerungselement an r.u schließ en, wobei die gleichgerichtete pulsierende Spaiaiui*;-; mit Verzögerung in Bezug auf den Zeitpunkt er-

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höht wird, in dem die erwähnte Drossel überbrückt wird.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beim lichtbogen-Impulsschweißen ist
durch folgende Vorteile gekennzeichnet: 1) Ausbleiben von
Einsattelungen der Eogenstromkurve nach Impulsdurchhang, wobei die Stabilität des Schweißvorganges und die Qualität
der Mähtbildung erhöht werden; 2) getrennte Regelung der
Iiauptparameter des SchweißVorganges (der Grundstromstärke, der Impulsamplitude und der Impulsdauer) in weiten Grenzen; 2) Verminderung des Gewichts, der Abmessungen und de r
Kosten ( um 50 bis 80$S) sowie Verbesserung der Betriebsbedingungen; 4) die Möglichkeit einer weitgehenden Verwendung der Lichtbogen-Impulsschweißung von verschiedenen Stahlsorten und Buntmetallen besonders mit kleinerer Dicke von 1
bis 3 mh mit Hilfe von abschmelzenden Elektroden.

Die Erfindung wird in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung
zur Formierung des Bogenstromes beim Licht bogen-Impuls schweißen gemäß der Erfindung (erste Variante);

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beim Lichtbogen-Impulsschweißen gemäß der Erfindung (zweite Variante).;

Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung zur 509821/0512

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Formierung des Bogenstroin.es beim Lichtbogen-ImpttTsscnweißen gemäß der Erfindung (dritte Variante);

Fig. 4 Verlauf der gleichgerichteten pulsierenden Spannung ;

Fig.5 Gesamtstromkurve;

Fig.6 Verlauf der gleichgerichteten pulsierenden Spannung bei lürhöh-^ung der Gleichrichterspannung gleichzeitig mit dex* Drosseluberbrückung durch ein gesteuertes Ventil;

Fig.7 Gesamtstromkurve bei Erhöhung der Gleichrichterspannung gleichzeitig mit der Drosseluberbrückung durch ein gesteuertes Ventil;

Fig.8 Verlauf der gleichgerichteten pulsierenden Spannung bei Erhöhung der Gleichrichterspannung mit Verzögerung in Bezug auf den Zeitpunkt, in dea die Drossel überbrückt wird;

Fig.9 Gesamtstromkurve bei Erhöhung· der Gleichrichterspannung mit. Verzögerung in Bezug auf den Zeitpunkt der Drosseluberbrückung.

Fig. 10 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung zur Formierung des Bogenstroms beim Lichtbogenimpulsschweißen (viei?te Variante).

Die Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beim Lichtbogen-Impulsschweißen enthält einen Gleichrichter 1 (Fig. 1) mit einem Fetztransformator 2, der eine Primär- · wicklung 3 u^ä eine Sekundärwicklung 4 mit Nullpunktabgriff aufweist. Die Anfänge der Wicklungen 3 und 4- sind in Fig. 1 mit Punkten markiert. Die Gleichricht.ung erfolgt mittels nichtgesteuerter Ventile 5 und -6. Somit ist der

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-6-

Gleiohrichter nach der Einphasen-Gleichrichtorsclialtung mit liullpunkt aufgebaut. Am Ausgang des Gleichrichters 1 liegt eine Gläfrfrungsdrossel 7, die zur Glättung von Pulsatiorien des gleichßerichteten Stromes dient. Parallel zur Glättungsdrossel 7 ist ein steuerbares Ventil angeschlossen, das einen ÖMayristor 8 darstellt.. Auf den Steuoranschluß .9 des Thyristors 8 werden Steuerimpulse von einer Steuerschaltung 10 gegeben. Für die Steuerschaltung 10 kann jede.beliebige bekannte Schaltung der Steuerimpuls^uelle mit einem Phasenschieber benutzt werden. Die Belastung, deren Rolle der Schweißlichtbogen spielt, ist als Reihenschaltung eines Widerstandes 11 und einer Gegen-EMK (eines Elements 12) dargestellt und an den Ausgang des Gleichrichters 1 angeschlossen.

Die in Fig. 2 dargestellte zweite Variante der Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beim Lichtbogen-Impulsschvmißen enthält im wesentlichen dieselben Elemente wie die Einrichtung nach Fig. 1. Die Funktionen der Gleichrichtung und der Regelung sind aber getrennt. Die Gleichrichtung erfolgt wie bei der ersten Variante durch nichtgesteuerte Ventile 5 und 6, die Phasenregelung bewirken aber die gesteuerten Ventile (Thyristoren) 13 und 14, die miteinander parallel geschaltet sind und am Anfang der Primärwicklung 3 liegen. Die Primärwicklung 3 weist eine Anzapfung auf, die es ermöglicht, den Übersetzungsfaktor des Transformators 2 stufenweise zu ändern. Die stufenweise Änderung·

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des Übersetzungsfaktors zwecke- -Erhöhung der gleichgerichte—

ten Spannung "bewirken die gesteuerten Ventile (hyristoren) 15 und 16, die miteinander parallel und ebenfalls parallel zu den Thyristoren 13 und 14 sowie mit der Anzapfung der Primärwicklung 3 verbunden sind. Die Steueranschlüsse I7 und

18 der Thyristoren I3 und 14 sowie die Steueranschlüsse I9 und 20 der Thyristoren I5 und 16 sind an die Steuerschaltung 10 angeschlossen.

Die dritte Variante der Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beini Lichtbogen-Impulsschweißen unterscheidet sich von der beschriebenen zweiten Variante dadurch, daß zwischen der Steuerschaltung 10 und den Steueranschlüssen

19 und 20 der Thyristoren 15 und 16 ein Verzögerungselement

21 eingeschaltet ist. In der vierten Variante der Einrichtung sind zwecks Entlastung der Dioden 5 und 6 (Fig.10) Thyristoren

22 und 23 von kleinerer Leistung angewandt, von denen jede die Drosselspule 7 zusammen mit den Dioden 5 und 6 der entspre

chanden Phase überbrückt. Dabei durchfließt die Impulskoiaponente des Stroms die Dioden 5 und 6 nicht.

Die Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beim Lichtbogen-Iinpulsschweißen funktioniert wie folgt.

Solange der Thyristor 8 (Fig. 3) gesperrt ist, fließt im Schweißstromkreis unter der Wirkung der pulsierenden Spannung U (Fig. 4) ein durch die Drossel 7 geglätteter Gleichstrom. Bei vorgegebener Induktivität der Drossel 7 und bei gewählten Lastparanietern wird die Stromstärke von der Öffnungsphase der Thyristoren I3 und 14 bestimmt. Bei Anlegung eines von der Steuerschaltung 10 gelieferten Impulses an den Steueranschluß 9 des Thyristors 8 wird der letztere geöffnet und überbrückt die Drossel 7 mit Verzögerung in Bezug auf den Beginn der Puls ati onsperiode der gleichgerichteten Spannung U". Infolgedessen wird im Schweißstroin—

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kreis unter der Wirkung der durch den Gleiclrrichter 1 gleichgerichteten pulsierenden Spannung U (Fig. 4) oin Stromimpuls i (FIr₃ · 5) formiert.

Bei der Überbrückung der Drossel 7 (I^pig. 3) durch den

Thyristor 8 durchfließt den letzteren eine Stromdifferenz, die von dem Inpulsstrom und von einem durch freie Bnergieabgabe der Drosoel 7 über den Stromkreis Drossel 7, thyristor 8 erzeugten Strom gebildet wird. Die Dämpfung in diesem St- romkreis ist sehr gering, und der von der Drossel 7 gelieferte Strom ändert sich während des Inipulsstromdurchganges praktisch nicht, wobei er der Grundstromgröße vor dem Impulsdurchgaiig gleich bleibt. Arn Ende der Pulsationsperiode der Spannung vom Gleichrichter 1 wird die durch den I'hyristor 8 fließende Stromdifferenz gleich Hull, v.'obei der Thyristor 8 sperrt, und durch die Last fließt de--r von der Drossel 7 aufrechterhaltene Grundstrom.

Die Stromdanpulsfolgefrequenz iiän/ΐΐ von der Frequenz der Drosselüberbrückung durch den Thyristor 8 al) und ist der. Pulsationsfrequenz der gleichgerichteten Spannung gleich oder ein ganzzahliger Teil dieser Frequenz.

Die Amplitude und die Dauer des Impulses sind von der üffnuiißsphase des die Drossel 7 überbrückenden Thyristors 8 bezüglich des Pulsationsbeginns der gleichgerichteten Spannung abhängig.

Um größere Amplituden der Stromimpulse bei geringen Werten dee Grundstromes zu erhalten,· wird die pulsierende Spannung des Gleichrichters 1 gleichzeitig mit der Ü

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briickung der IL-rossel 7 durch den Thyristor 8 durch Öffnung der Thyristoren 15 oder 16 mittels der von der Steuerschaltung 10 gelieferten Impulse erhöht. Dabei erscheint an den Thyristoren 13 oder 14 eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität, die diese Thyristoren sperrt. Unter Wirkung, der erhöhten gleichgerichteten pulsierenden Spannung U (Fig· 6) wird ein Stromimpuls i (Fig. 7) mit großer Amplitude formiert .

Die Regelung der Amplitude und der Dauer des Stroraimpulses erfolgt unabhängig von seiner Dauer durch Einschaltung des Versögorungselementes 21 (Fig. 3). Dabei wird die Drossel 7 durch Anlegung eines Impulses von der Steuerschal-· tung an den Steueransciiluß 9 des Thyristors 8, wie oben beschrieben wurde, überbrückt, worauf mit einer Verzögerung in Besug auf den Zeitpunkt der Drosseliiberbrücken, die beim Impulsdurchgang durch das Verzögerungselement 21 hervorgerufen wird, der Thyristor 15 geöffnet wird und dadurch die gleichgerichtete pulsierende Spannung U (Fig. 8) einen höheren. Wert erreicht. Bei Einwirkung der erhöhten pulsic-renden Spannung U (Fig. 8) wird im Schv/eißstromkreis der Stromimpuls i ( Figo 9) formierte

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Claims (1)

1. -10-PAl¹ELf ^rüAi;'S2?HÜ CIiE

   ' ' IJ Einrichtung zur 'Formierung dos Eogenstromes uein Lichtbogen-Impulsschweißen, die einen Gleichrichter und eine am. Gleichrichterausgang liegende und r.ur üläi; jung von Puloationen des gleichgerichteten Stromes dienende Drossel enthält, g e k ennzeiclinot d u r ο Ii

   ein gesteuertes Ventil, das parallel zur erwüliiiten Drossel ( 7 ) liegt und in einer gewählter. Pulsat-'-j.onsporiode der gleicliü'ericliteten Spannung die ^enaimte Drosüel (7) mit Vorsögerung in Bezug auf den Beginn der Pulsationoporiode der gleichgerichteten Spannun,^ überbrückt.

   2ο Einrichtung '/λχχ Formieruiii:; des. 3ogenstroKiec beim LichtlDOgen-Impulsschweißen nach Anspruch 1, g e Ic e 11 η zeichn et durch zusätzliche gesteuerte Ventile, die an den Eingang des Gleichrichters (1) geschaltet sind und die Möglichkeit geben, gleichseitig mit der überbrüclmni; der erwähnten Drossel (7) die gleichgerichtete pulsierende Spannung in der restlichen Zeit der Pulsationspcriode der gleichgerichteten Spannung eu erhöhen.

   3, Einrichtung zur Formierung des Bogenstromes beim Lichtbogen-Impulsschweißen nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge lc e η η ζ e_># lehnet, daß an die Steuer-(I9, 20) der erwähnten zusätzlichen ^oatourten. Ventile

   hlü'/tl^» l6) ein Verzögerungselement (21) angeschaltet ist , und infolgedessen die gleichgerichtete pulsierende Spannung mit Verzögerung in Bezug auf den Zeitpunkt erhöht wird, in dem die erwähnte Drossel (7) überbrückt wird,

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