DE2459686A1

DE2459686A1 - Verfahren und vorrichtung zum impulslichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2459686A1
Application number: DE19742459686
Authority: DE
Inventors: Ljubomir Zonev Prof Dipl Kalev; Ivan Kirilov Dipl Ing Marvakov; Kostadin Sikov Dipl Ing Sikov
Original assignee: Institute po Metaloznanie i Technologia na Metalite
Current assignee: Institute po Metaloznanie i Technologia na Metalite
Priority date: 1973-12-17
Filing date: 1974-12-17
Publication date: 1975-07-17
Also published as: US3995138A; BG19652A1; IT1035094B; FR2254394B3; SE7415444L; JPS50105527A; DE2459686B2; DE2459686C3; GB1484940A; FR2254394A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Impuls-Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Gleichstrom unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden zum Schweißen von Metallen und Legierungen.

Es ist ein Verfahren zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Gleichstrom unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden bekannt, das in einer Schutzgasatmosphäre aus reinem Argon oder Mischungen, die nicht weniger als 70% Argon enthalten, durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren ist der Wert der Gleichstrom-

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komponente des Schweißstroms niedrig. Sie dient zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens. Ein Hauptnachteil dieses Verfahrens ist, daß es keine steuerbare Tropfenübertragung bei der Anwendung von aktiven Gasen als Schutzatmosphäre, insbesondere CO , gewährleisten kann. Aus diesem Grund ist die Produktivität des genannten Verfahrens niedrig.

Es ist eine Vorrichtung zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit gerichteten pulsierendem Schweißstrom unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden in einer Schutzatmosphäre bekannt, deren Arbeitsweise dem bereits genannten Verfahren entspricht, wobei die Impulskomponente des Schweißstroms durch Phasenimpulssteuerung von Thyristoren erzeugt wird. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die Frequenz ihrer Impulse durch die Frequenz des Wechselstroms des elektrischen Versorgungsnetzes begrenzt ist.

Es ist auch eine Vorrichtung zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Gleichstrom unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden in einer Schutzgasatmosphäre bekannt, bei der die Impulskomponente des Schweißstroms von einem Gleichstrom durch gesteuertes Ein- und Ausschalten eines Thyristorschalters erzeugt wird. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die Amplitude des Impulsstroms begrenzt ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit abschmelzenden Elektroden mittels pulsierendem Gleichstrom in einer Schutzgasatmosphäre aus reinem COp oder einer Mischung aus COp und anderen Gasen anzugeben, bei deren Anwendung eine hohe Produktivität und ein stabiler Lichtbogen erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Anwesenheit von reinem CO und anderen Gasen ein Schweißstrom verwendet wird, der aus einem Grund-Gleichstrom mit einer auf den Querschnitt der abschmelzenden Elektrode bezogenen Stromdichte von über 100 A/mm und einem zusätzlichen Impulsstrom mit einer

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auf den Durchmesser der abschmelzenden Elektrode bezogenen Amplitude von mehr als 720 A/mm, mit einer Dauer der Stromimpulse von 0,5.10 bis 5.10 see, bei einer Steilheit der Impulsfrontvaimehr als 8.10 A/sec und einer Impulsfrequenz von 200 bis 1000 Hz besteht .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Gleichstrom unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden in einer Schutzgasatmosphäre aus reinem CO₂ oder einer Mischung desselben mit anderen Gasen besteht aus einer Quelle für den Grund-Gleichstrom und einer zweiten Quelle für den Impulsstrom, die parallel miteinander geschaltet sind. Als Quelle für den Grund-Gleichstrom kann eine serienmäßige Schweißstromquelle verwendet werden. Die Impulsstromquelle soll zweckmäßig eine steuerbare Ladeeinrichtung, einen Kondensator, eine Drossel, einen Impulstransformator, Thyristoren, eine Diode und einen Steuerblock für die Thyristoren enthalten. Durch die steuerbare Entladung des Kondensators werden im Sekundärkreis des Impulstransfcrmators Impulsströme mit einer gewünschten Frequenz erzeugt, und zwar bei hohen Amplituden der Impulse, bei verhältnismäßig gleichmäßiger Belastung des elektrischen Versorgungsnetzes.

Die erfindungsgemäß gewählte Schutzgasatmosphäre und die Parameter des Schweißstroms gewährleisten die Erzeugung eines regulierbaren, stabil wirkenden und in einem engen Kanal wirkenden Hochtemperatur-Lichtbogens, bei dem die Geschwindigkeit des Abschneidens der Tropfen von der abschmelzenden Elektrode regulierbar erhöht wird und diese zweckmäßig gegen die Schweißnaht gerichtet werden.

Das Verfahren zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit abschmelzenden Elektroden und pulsierendem Gleichstrom in einer Schutzgasatmosphäre aus reinem CO oder einer Mischung desselben mit anderen Gasen ermöglicht es, die hohen Oberflächenspannungen des geschmolzenen Metalls zu überwinden, und zwar ohne Verwendung einer speziellen Zusammensetzung der abschmelzenden Elektrode.

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Gleichzeitig wird die Verbrennung der legierenden Elemente im Elektrodenwerkstoff beträchtlich herabgesetzt. Die"CO-Reaktion", die ein Rückblasen des geschmolzenen Metalls hervorruft, wird überwunden. Das bei anderen Verfahren erforderliche Abschrägen der Kanten der zu schweißenden Teile kann vermieden werden.

Außer in einer Sjutzgasatnpspbäre aus reinem CO₂ oder einer Mischung desselben mit anderen Gasen, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Verwendung von anderen Schutzgasatmosphären anwendbar, die bei den bekannten Lichtbogenschweißverfahren verwendet werden, wie z.B. Inertgase, Mischungen aus inerten und aktiven Gasen, bei den SchutzatmoSphären, die beim Unterpulverschweißen erzeugt werden und bei der Verwendung von umhüllten Elektroden, sowie auch ohne Schutzatmosphäre.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Diagramm einen erfindungsgemäß verwendeten S.chweißstrom und

Fig. 2 das Schaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung das Schweißverfahrens.

Fig. 1 zeigt graphisch als Beispiel einen Schweißstrom zur Erläuterung des Verfahrens zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Gleichstrom mit abschmelzenden Elektroden in einer Schutzgasatmosphäre aus CO« oder einer Mischung desselben mit anderen Gasen.

Auf der Abszisse ist die Zeit in Millisekunden und auf der Ordinate der Strom in Amperes aufgetragen. Mit Iv₂₁₈ der Wert des Grund-Gleichstroms, mit I^_miD die Amplitude des Impulsstroms und mit I₊_₊ die Amplitude des gesamten Schweißstroms bezeichnet. Mit t. ist die Zeit_t während der der Strom dem Lichtbogen von der Impulsquelle zugeführt wird, und mit t _u die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgende Impulsen bezeichnet.

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Fig. 2 zeigt die Schaltung siner Vorrichtung zum Impuls-Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Gleichstrom und abschmelzenden Elektroden in einer Schutzgasatmosphäre aus reinem COp oder einer Mischung desselben mit anderen Gasen.

Parallel zur Grundgleichstromquelle 9 ist eine Impulsstromquelle geschaltet, die aus einer stromstabilisierten Ladeeinrichtung 1, z.B. einem Stromgleichrichter besteht, an dessen Ausgangsklemmen angeschlossen sind: parallel ein Kondensator 2 und in Reihe eine Drossel 3, die Primärwicklung eines Impulstransformators 4 und ein Thyristor 5. Parallel zur Primärwicklung des Impulstransformators 4 ist ein zweiter Thyristor 6 geschaltet, und in Reihe mit der Sekundärwicklung des gleichen Transformators 4 eine Diode 7. Beide Thyristoren 5 und 6 sind mit einem Steuerblock 8 verbunden. Der Steuerblock 8 ist mit der Grundgleichstromquelle 9 verbunden. Die stromstabilisierte Ladeeinrichtung 1 ist durch die Grundgleichstromquelle 9 blockiert. Parallel zur Grundgleichstromquelle ist ein Schiebewiderstand 10 geschaltet.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt.

Fließt ein Gleichstrom von der Quelle 9 durch den Lichtbogen, so geht von ihm ein Signal aus, das die stromstabilisierte Ladeeinrichtung 1 einschaltet; diese lädt den Kondensator 2 auf. Der Steuerblock 8 erzeugt ein Steuersignal für den Thyristor 5 mit vorgegebener Frequenz. Bei jedem Signal des Steuerblocks 8 wird der Thyristor 5 geöffnet, wobei der Kondensator 2.entladen wird. Infolge der im Kreis vorhandenen Induktivität, wird nach seiner Entladung der Kondensator 2 teilweise wieder auf die entgegengesetzte Polarität aufgeladen, so daß der Thyristor 5 geschlossen wird. Die stromstabilisierte Ladeeinrichtung 1 lädt nach einer bestimmten Zeit den Kondensator 2 von neuem auf die ursprüngliche Polarität auf. Es folgt ein neues Steuersignal vom Steuerblock 8 und der Impulszyklus wird wiederholt. Die Dio~de 7 läßt nur in einer Richtung die Stromimpulse von der Sekundärwicklung des Impulstransformators 4 durch, wobei sie gleichzeitig den Strom von der Grundgleichstromquelle 9 durch die Sekundärwicklung des

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Impulstransformators 4 sperrt. Bei Unterbrechung des Lichtbogens wird, gleichzeitig mit dem Ausschalten des Grund-Gleichstroms von der Quelle 9, von dieser ein Signal zum Ausschalten der Impulsstromquelle durch den Steuerblock 8 und der stromstabilisierten Ladeeinrichtung 1 gegeben. Durch dieses Signal schaltet der Steuerblock 8 parallel zum Steuerkreis des Thyristors 5 auch die Steuerung des Thyristors 6, so daß beide Thyristoren gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden. Die von der Grundstromquelle 9 blockierte stromstabilisierte Ladeeinrichtung 1 unterbricht durch das genannte Signal die Zuleitung der gerichteten Spannung zum Kondensator 2.

Patentansprüche

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Claims

-V 2459688

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Impuls-Lichtbogenschweißen in einer Schutzgasatmosphäre mit pulsierendem Gleichstrom unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden, bei dem ein Schweißstrom aus einem Grundgleichstrom mit einer auf den Querschnitt der abschmelzenden Elektrode- bezogenen Stromdichte von mehr als 100 A/mm und einem zusätzlichen Impulsstrom der gleichen Polarität verwendet wird, dadurch gekennzeichne -t , daß in einer Schutzgasatmosphäre aus reinem CO« oder einer Mischung desselben mit anderen Gasen zusätzlich zum Grundgleichstrom ein Impulsstrom mit einer Amplitutde verwendet wird, die,bezogen auf den Durchmesser der abschmelzenden Elektrode bei einer Dauer der Stromimpulse von 0,5.10~^ bis 5.10"^ see bei einer Steilheit der Impulsfront von mehr als 8.10 A/sec und einer Impulsfrequenz von 200

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bis 1000 Hz größer als 720 A/mm ist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Grundgleichstromquelle und einer parallel daran angeschlossenen und von ihr blockierten Impulsstromquelle, dadurch gekennzeichnet , daß eine stromstabilisierte Ladeeinrichtung (1) vorgesehen ist, an deren Ausgangsklemmen parallel ein Kondensator (2) und in Reihe ein Kreis aus einer Drossel (3), der Primärwicklung eines Impulstransformators (4) und einem Thyristor (5) angeschlossen ist und daß parallel zur Primärwicklung des Impulstranformators (4) ein zwei-

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ter Thyristor (6) angeschlossen ist, wobei beide Thyristoren (5, 6) mit einem Steuerblock (8) verbunden sind und in Reihe zur Sekundärwicklung des Impulstransformators (4) eine Diode (7) angeschlossen ist.

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