DE3220590A1 - Gleichstromlichtbogenschweissmaschine - Google Patents

Description

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MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo / JAPAN

Gleichstromlichtbogenschweißmaschine .

Die Erfindung betrifft eine Gleichstromlichtbogenschweißmas chine, insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Steuern des einer Gleichstromlichtbogenschweißmaschine zugeführten Stroms.

Das in der Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild einer herkömmlichen Gleichstromlichtbogenschweißeinrichtung bezeichnet mit 1 eine sich verbrauchende Schweißelektrode (nachfolgend als Draht bezeichnet), mit zwei einen Lichtbogen, mit 3 ein Werkstück, mit 4 eine Gleichstromspeisung einschließlich Schweißtransformator, mit 5 ein Schaltelement zum Steuern des von der Gleichstromspeisung dem Lichtbogen 2 zugeführten Stroms, mit 6 eine Treiberschaltung für das Schaltelement 5, mit 7 einen Stellwiderstand zum Steuern des Drahtvorschubs, an welchem eine bestimmte Spannung anliegt, mit 8 einen Motorsteuerkreis, von dem ein Motor nach Maßgabe des Wertes gesteuert wird, der am Stellwiderstand 7 eingestellt ist, und mit 8.einen Drahtvorschubmotor. 10 ist eine Antriebsrolle, die vom Drahtvorschubmotor 9 für den Vorschub des Drahtes 1 auf das Werkstück 3 angetrieben wird, und 11 ein Einstellschaltkreis für den Schweißarbeitsstrom, mit

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dessen Hilfe der über den Lichtbogen fließende Schweißstrom nach Maßgabe des Einstellwertes des Stellwider-Standes 7 gesteuert wird. Eine Kurzschlußdetektorschaltung 12 kann zwischen dem Schweißdraht 1 und dem Werkstück 3 einen Kurzschluß feststellen, und eine Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 führt dem.Schweißdraht auf Befehl von der Kurzschlußdetektorschaltung 12 einen großen Kurzschlußstrom zu und führt außerdem einen großen Strom während einer unmittelbar auf die Beseitigung des Kurzschlusses folgenden Dauer zu. Eine Auswahlschaltung 14 unterscheidet gemäß einem Befehl von der Kurzschlußdetektorschaltung 12 den durch den Einstellkreis für den Schweißstrom 11 vorgegebenen Wert von dem durch den Kurzschlußstromeinsteller 14 vorgegebenen Wert. Ein Stromdetektorelement 15 dient dazu, den Schweißstrom festzustellen, und eine Stromsteuerung 16 steuert den Ausgangsstrom gemäß einem Rückkopplungssignal vom Stromdetektorelement 15 und einem Einstellsignal von der Auswahlschaltung 14. Mit 17 ist eine Leerlaufdiode bezeichnet.

Bei einem Schweißvorgang, bei dem der Schweißdraht automatisch in Richtung auf das Werkstück 3 gefördert wird, wird die dem Werkstück 3 zugeführte Wärmemenge möglichst klein gehalten. Um dies zu. erreichen, wird die Länge des Lichtbogens 2 klein gehalten. Wenn der Draht 1 das Werkstück 3 berührt, wird die Schmelzperle an der Spitze des Drahtes 1 auf das Werkstück > 3 übertragen, so daß ein Lichtbogen zwischen Draht und Werkstück entsteht, und dann werden Draht und Werkstück kurzgeschlossen, um den Lichtbogen hervorzurufen. Dieses Schweißverfahren, das auf einem zyklischen Entstehen von Kurzschlüssen und Lichtbogen beruht, wird als Kurzschlußübertragungsschweißung

bezeichnet. Fig. 1 zeigt somit ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Gleichstromlichtbogenschweißmaschine, mit der die Kurzschlußübertragungsschweißung durchgeführt wird.

Fig. 2 zeigt den Stromverlauf des Schweißstroms der Schweißmaschine nach Fig. 1. In horizontaler Richtung ist die Zeit, in vertikaler Richtung der Strom aufgetragen. In der Zeitspanne Ts sind Draht 1 und Werkstück 3 kurzgeschlossen, wobei der Schweißstrom dann ansteigt, In der unmittelbar anschließenden Zeitspanne Ta1 ist der Kurzschluß aufgehoben, und zwischen Drahtelektrode 1 und Werkstück 3 entwickelt sich der Schweißlichtbogen/ dessen Strom dabei abfällt. In der Zeitspanne Ta2 wird zwischen Drahtelektrode 1 und Werkstück 3 der Lichtbogen aufrechterhalten, jedoch mit einem konstanten Stromwert IB.

Der Schweißvorgang beginnt durch Vorschieben des Drahtes gegen das Werkstück 3. Die Drahtvorschubgeschwindigkeit wird durch die Anzahl von Umdrehungen des Motors 9 gesteuert, der wiederum durch den Stellwiderstand 7 gesteuert wird. Über diesen Stellwiderstand 7 ist also die Vorschubgeschwindigkeit steuerbar. Die Größe des Schweißstroms läßt sich durch die Stromsteuerschaltung 16 regulieren, welche ein Rückkopplungssignal ef von einem Stromdetektorelement 15 mit einem Stromvorgabesignal ei vergleicht und an die Treiberschaltung 6 zwei Signalwerte H bzw. L abgibt. Die Treiberschaltung 6 gibt an das Schaltelement 5 in Abhängigkeit von den Signalen H und L ein Treibersignal ab. Wenn das Schaltelement 5 leitend ist, fließt von der Gleichstromspeisung 4 über einen das Schaltelement 5, den Schweißdraht 1, den Lichtbogen

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und das Werkstück 3 sowie das Stromdetektorelement enthaltenden Pfad der Schweißstrom dann zurück zur Gleichstromspeisung 4. Wenn das Schaltelement 5 sperrt/ sorgt ein Stromverzögerungsfaktor (nicht gezeigt) in der Schaltung dafür, daß der Schweißstrom über einen Pfad fließt, in dem sich die Leerlaufdiode 17, der Schweißdraht 1, der Lichtbogen 2, das Werkstück 3 und das Stromelement 15 befinden, so daß der Schweißstrom niemals unmittelbar nach dem Sperren des Schaltelementes 5 zu Null wird. Der Lichtbogen erhält also ständig einen Strom, dem das Schaltelement 5 dauernd zwischen leitendem und gesperrtem Zustand mit vorgegebener Geschwindigkeit und unter Verwendung der Rückkopplungssteuerung für den Schweißstrom hin- und herschaltet.

Die Punktion der Auswahlschaltung 14 besteht darin, der Stromsteuerschaltung 16 entweder ein Stromvorgabesignal e. von der Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 oder ein Stromvorgabesignal e. von der Schweiß-Stromeinstellschaltung 11 in Abhängigkeit von einem Befehl von der Kurzschlußdetektorschaltung 12 zuzuführen. Wenn der Schweißdraht und das Werkstück kurzgeschlossen sind, bewirkt ein Befehl von der Kurzschlußdetektorschaltung 12, daß die Auswahlschaltung 14 an die Stromsteuerschaltung 16 das Stromvorgabesignal e. als Signal ei an die Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 abgibt. Die Stromsteuerschaltung· 16 vergleicht ein Rückkopplungssignal ef vom Stromdetektorelement 15 mit dem Signal ei von der Auswahlschaltung 14 und gibt H-oder L-Signal an die Treiberschaltung 6 ab. Die Treiberschaltung 6 verstärkt das H-oder L-Signal von der Strorasteuerschaltung 16 und bewirkt Ein- oder Ausschalten des Schaltelementes 5

in Abhängigkeit von den verstärkten Signalen.

Ein Schmelztropfen an der Spitze des Schweißdrahtes wird auf das Werkstück übertragen, und der Kurzschluß ist damit beseitigt. Wenn der Kurzschluß zwischen Schweißdraht und Werkstück aufgehoben ist, gibt die Kurzschlußdetektorschaltung 12 ein dieses Aufheben des Kurzschlusses anzeigendes Signal e. sowohl an die Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 als auch an

. .· die Auswahlschaltung 14 während einer bestimmten Dauer (während der Dauer Ta1 in Fig. 2). Die Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 gibt dann ein Kurzschlußstromeinstellsignal e. ab, das bewirkt, daß der große Kurzschlußstrom unmittelbar nach Beendigung des Kurzschlusses auf einen relativ kleinen Schweißstrom IB geändert wird, ohne daß der zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück vorhandene Lichtbogen erlischt. Während des Zugangs des Kurzschlußaufhebe-

signals e. von der Kurzschlußdetektorschaltung 12 xs

gibt die Auswahlschaltung 14 ein Kurzschlußeinstellsignal e. von der Einstellschaltung 13 an die Stromsteuerschaltung 16 als Signal ei ab, wodurch der Schweißstrom vom großen Kurzschlußstrom auf den relativ kleinen Schweißstrom IB übergeht, ohne daß der zwischen Draht und Werkstück bestehende Lichtbogen erlischt. In der nachfolgenden Phase (Periode Ta2 in Fig. 2) bis abermals zwischen Draht und Werkstück ein Kurzschluß auftritt, bleibt die Kurzschlußdetektorschaltung 12 abgeschaltet, so daß die Auswahlschaltung 14 das Kurzschlußstromeinstellsignal e. von der Kurzschlußstromeinstellschaltung 13 abschaltet und das Basisstromvorgabesignal e. von der Einstellschaltung

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für den Schweißstrcm 11 als Signal ei an die Stromsteuerschaltung 16 führt. Damit bleibt der Schweißstrom

während der Dauer Ta2 auf einem konstanten Wert IB.

Eine Lichtbogenschweißeinrichtung mit einem Schaltungsaufbau gemäß Fig. 1 kann mit einer sich verbrauchenden Elektrode unter Verwendung einer Energiequelle mit Konstanzstromcharakteristik arbeiten. Wenn andererseits die Dauer/ in der der Lichtbogen zwischen Drahtelektrode und Werkstück ansteigt, größer wird, steigt entsprechend die Dauer Ta2 an, und die Steuerung des Schweißstromes IB mit dem Stellwiderstand 7 allein ist für die Erzeugung eines kontinuierlichen Schweißvorganges nicht mehr brauchbar, da im Vergleich zur Drahtvorschubgeschwindigkeit weniger Draht abgeschmolzen wird. Daraus ergibt sich, daß ein herkömmliches Gleichstromlichtbogenschweißgerät eine gleichmäßige Schweißung nur innerhalb eines begrenzten Bereichs der Drahtvorschubgeschwindigkeit ausführen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend genannten Mangel herkömmlicher Gleichstromlichtbogenschweißmaschinen zu überwinden, so daß es primär Zweck der Erfindung ist, eine Gleichstromlichtbogenschweißmaschine zu schaffen, die innerhalb eines üblicherweise eingesetzten Bereichs von Drahtvorschubgeschwindigkeiten einen kontinuierlichen Schweißvorgang ermöglicht, indem ein Schweißstrom zugeführt wird, der der Summe aus dem Basisstrom-Vorgabesignal e., und einem Kurzschlußstromvorgabesignal e. innerhalb ·

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der Periode entspricht, während der Draht und Werkstück kurzgeschlossen sind (Ts in Fig. 2) und der anschließenden Periode, die unmittelbar auf die Aufhebung des Kurzschlusses folgt (Ta1 in Fig. 2). 35

Die nähere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Im einzelnen zeigt die Zeichnung:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer herkömmlichen Gleichstromlichtbogenschweißmaschine;

Fig. 2 den Zeitverlauf des Schweißstroms in der Maschine nach Fig. 1;

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Gleichstromlichtbogenschweißmaschine nach der Erfindung; und

Fig. 4 den zeitlichen Stromverlauf des von der

Qleichstromlichtbogenschweißmaschine nach Fig. 3 hervorgebrachten Schweißstroms.

Die Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der Fig. 3 und 4. Das Schaltbild der Fig. 3, das in weiten Teilen dem Schaltbild der Fig. 1 entspricht, enthält ein Addierglied 18/ das aus Basisstromvorgabesignal

nc e,, und Kurzschlußstromvorgabesignal e. eine Summe bildet, wobei die Kürzschlußdetektorschaltung 19, die sich von der Kürzschlußdetektorschaltung 12 der Fig. unterscheidet, die Signalerzeugung, welche einen Kurzschluß anzeigt, beibehält, während der Schweiß-

QQ draht 1 und das Werkstück 3 miteinander kurzgeschlossen sind, während sie dauerhaft ein Signal abgibt, das dann, wenn kein Kurzschluß vorhanden ist, dies auch anzeigt, wobei diese beiden Signale einem Kurzschlußstromeinstellkreis 20 zugeführt werden.

gg Im übrigen sind die mit denselben Vorzeichen gekennzeichneten Baugruppen der Fig. 4 mit denen der Fig.

gleich. In der Fig. 4 ist der durch die Schaltung der Fig. 3 erzeugte Schweißstrom in seinem zeitlichen Verlauf dargestellt.

In der Zeit, wenn der Lichtbogen zwischen dem Schweißdraht und dem Werkstück erzeugt wird (Ta2 in Fig. 4 mit Ausschluß der unmittelbar an die Beendigung

IQ eines Kurzschlusses folgenden Zeit) arbeitet die Schweißmaschine der Fig. 3 in derselben Weise wie die Schweißmaschine in der Fig. 1 in der Zeitdauer Ta2 in Fig. 2. Wenn der Schweißdraht und das Werkstück kurzgeschlossen sind, stellt der Kurzschlußdetektorkreis 19 dies fest und gibt ein Kurzschlußsignal an den Kurzschlußstromeinsteilkreis 20. Dieser erzeugt ein Kurzschlußvorgabesignal e. , das entsprechend dem Kurzschlußsignal ansteigt, und führt es dem Addierglied zu. Das Addierglied bildet die Summe aus dem Basisstromvorgabesignal e., , das ihm zugeführt wird, und dem Kurzschlußstromvorgabesignal e.„ und gibt

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das Summensignal (e., + e. ) an die Stromsteuer-

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schaltung 16. Fig. 4 zeigt, daß der Schweißstrom dann stetig vom Wert IB, welcher während des Lichtbogens zwischen Draht und Werkstück fließt, ansteigt. Wenn der Kurzschluß zwischen Drahtelektrode und Werkstück aufgehoben ist, wird dies von der Kurzschlußdetektorschaltung 19 festgestellt, wobei dann das Kurzschlußsignal beendet wird. Die Kurzschlußeinstellschaltung 20 gibt nun ein Kurzschlußstromvorgabesignal e. ', das

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von dem unmittelbar vor Abbruch des Kurzschlußsignals aufgetretenen Wert allmählich absinkt und nach einer bestimmten Zeit (Ta1 in Fig. 4) Null wird. Das Kurzschlußstromvorgabesignal e. wird dem Addierglied

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zugeleitet. Dieses erzeugt aus Basisstromvorgabesignal e., und Kurzschlußstromvorgabesignal e. ' eine Summe

und führt dieses Summensignal der Stromsteuerschaltung 16 als Stromvorgabesignal zu. Daraus folgt, daß der Schweißstrom vom in Fig. 4 gezeigten Spitzenwert schließlich auf den Endwert IB allmählich abnimmt. Mit anderen Worten, das Basisstromvorgabesignal, das über den Stellwiderstand 7 eingestellt wird, wird dem Stromvorgabesignal nicht nur während der Kurzschlußdauer (Ts in Fig. 4), sondern auch während der Lichtbogendauer (Ta1 in Fig. 4), die sich unmittelbar an das Ende des Kurzschlußzustandes anschließt, zugeführt .

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Konstantdrahtvorschubgeschwindigkeit angenommen worden, doch kann diese unter Verwendung der Lichtbogenspannung auch durch ein Rückkopplungssignal beeinflußt werden. Ferner ist nur ein einziger Stellwiderstand 7 sowohl für die Verstellung der Drahtvorschubgeschwindigkeit als auch des Basisstroms vorgesehen. Statt dessen können aber auch zwei Stellwiderstände für jeweils getrennte Einstellvorgänge vorgesehen sein oder eine Schaltung, in der zwei Stellwiderstände enthalten sind, wobei mit einem Drahtvorschubgeschwindigkeit und Basisstrom eingestellt werden und der zweite für eine Feinabstimmung der Drahtvorschubgeschwindigkeit oder des Basisstroms dient.

Wie oben beschrieben, verwendet die Gleichstromlicht- ■ bogenschweißmaschine nach der Erfindung die Summe aus Basisstromvorgabesignal und Kurzschlußstromvorgabesignal zum Steuern des Schweißstroms sowohl während der Kurzschlußdauer als auch in der sich unmittelbar an die Aufhebung des Kurzschlusses anschließenden Phase, so daß mit der Schweißmaschine ein kontinuier-

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licher Schweißvorgang innerhalb des gewöhnlich eingesetzten Bereichs von Drahtvorschubgeschwindigkeiten möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erforderliche Steuerschaltung zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Claims (4)

1. MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
   Tokyo / JAPAN

   Gleichstromlichtbogenschweißmaschine

   Patentansprüche

   Gleichstromlichtbogenschweißmaschine, bei der einem Werkstück eine sich aufbrauchende Elektrode gegenübergestellt ist, mit einer Energiezuführung für -das Zuführen eines Schweißstroms zwischen Elektrode und Werkstück, einem Schaltelement, das zur Steuerung des Schweißstroms die Ausgangsgröße der Energiezuführung steuert, einer Kurzschlußdetektorschaltung, die zwisehen Elektrode und Werkstück eingefügt ist und einen Kurzschluß zwischen diesen beiden feststellt, einer Basisstromeinstellschaltung zum Erzeugen eines Signals für die Zuführung eines konstanten Basisstroms zwischen Elektrode und Werkstück und einer Kurzschlußstromeinstellschaltung, die mit der Kurzschlußdetektorschaltung verbunden ist und bei Empfang eines Signals von dieser, das einen Kurzschluß anzeigt, einen Strom zuführt, der größer als der durch die Basisstromeinstellschaltung vorgegebene Schweißstrom ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Addierglied (18) sowohl mit der Basisstromeinstellschaltung (11) als auch mit der Kurzschluß-

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   stromeinstellschaltung (20) verbunden ist und aus den Ausgangswerten dieser beiden Schaltungen (11, 20) eine Summe bildet, und daß eine Schweißstromsteuerschaltung (16), deren Eingang mit dem Ausgang des Addiergliedes (18) verbunden ist, das Schaltelement (5) gemäß dem ihr vom Addierglied (18) zugeführten Signal steuert.
2. 2. Schweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kurzschlußdetektorschaltung ständig ein Signal erzeugt, welches bei Kurzschluß zwischen Werkstück (3) und Drahtelektrode (1) den Kurzschluß anzeigt, und

   . . ein Signal erzeugt, das das Fehlen des Kurzschlusses anzeigt, wenn kein Kurzschluß vorhanden ist.
3. 3. Schweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß die Kurzschlußstromeinstellschaltung (20) aufgrund eines einen Kurzschluß anzeigenden Signals ein Signal für einen allmählichen Stromanstieg abgibt und aufgrund eines die Beendigung des Kurzschlusses anzeigenden Signals ein Signal erzeugt, das eine allmähliche Stromabnahme zur Folge hat.
4. 4. Schweißmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Kurzschluß- stromeinstellschaltung ein Signal abgibt, das innerhalb einer Zeitspanne auf Null absinkt, die nicht länger als die Zeitspanne ist, die zwischen der Beseitigung des Kurzschlusses und dem Auftreten des nächsten Kurzschlusses verstreicht.