DE2363277A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern des stromes fuer das zuenden des hauptlichtbogens beim lichtbogenschweissen - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-iiVG. H. STROHSCHÄNK

8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (0811) 881608

19.12.1973-SPFC4) 19G-IIO8P

AGi, AKTIEBOLAG, Lidingö 1 (Schweden)

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des. Stromes für das Zünden des Hauptlichtbogens beim Lichtbogenschweißen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern des Stromes für das Zünden des Hauptlichtbogens beim Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Hauptspeisequelle für die Errichtung des Hauptlichtbogens zwischen Elektrode und Werkstück und einer Aktivierungseinrichtung für das Zünden des Lichtbogens zwischen Elektrode und Werkstück sowie auf zum Durchführen eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtungen.

Die Verwendung von Speisequellen mit JStromrückkopplung für das Lichtbogenschweißen führt häufig zu Schwierigkeiten beim Zünden des Hauptlichtbogens, also des Lichtbogens zwischen Elektrode und Werkstück. Die Lastimpedanz für die Speisequelle, also die Impedanz zwischen Elektrode und Werkstück, ist vor der Zündung des—Lichtbogens sehr hoch. Beim Einschalten einer stromgesteuerten Speisequelle verlangt die Steuerschleife wegen der Stromrückkopplung die volle Ausgangsleistung. Sobald die Aktivierungseinrichtung zwischen Elektrode und Werkstück einen ionisierten Strompfad geschaffen hat, steigt der Strom sehr rasch an, und es kommt zu einem Überschwingen des Stromes. Dessen Amplitude und Dauer hängen von der dynamischen .

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Strom/Spannungs-Kennlinie, der Größe der Lastimpedanz und der Ansprechzeit der Steuerschleife ab. Dies kann zu schädlichen Auswirkungen führen. Beispielsweise kann dieses überschwingen des Stromes beim * Wolfram-laertgas-Schweißen eine starke Erosion der Elektrode im Elektrodenhalter zur Folge haben. Darüber hinaus kann es im Werkstück zur Ausbildung eines erheblichen Kraters kommen. Beim Plasmaschweißen und Plasmaschneiden kann zusätzlich zu den oben erwähnten Erscheinungen sogar die Düse der Plasmafackel ausbrennen.

Für das Zünden des HauptIichtbogens wird bei den üblichen Schweißgeräten eine Aktivierungseinrichtung verwendet. Diese Aktivierungseinrichtung besteht beim Wolfram-Inertgas-Schweißen üblicherweise aus einem Hochfrequenzgenerator, während beim Plasmaschweißen und Plasmaschneiden für diesen Zweck mit einem Pilotlichtbogen gearbeitet wird. '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die oben beschriebenen Störungen und Nachteile beim Zünden des Hauptlichtbogens vermieden werden können.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels der Aktivierungseinrichtung ein Teststrom zwischen Elektrode und Werkstück zum Fließen gebracht wird, daß dieser Teststrom mittels eines bei einem vorgebbaren und einer bestimmten Impedanz an der Hauptspeisequelle entsprechenden Wert für den Teststrom in Betrieb gesetzten Sensors abgefühlt wird und daß das Ausgangssignal dieses Sensors als Steuersignal der Hauptspeisequelle zugeführt wird, die daraufhin den Hauptlichtbogen errichtet und den Hauptstrom auf den spezifizierten ¥ert steuert.

Eine erste, für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte Vorrichtung _r die eine Plasmafackel für die Bearbeitung des; Werkstücks und eine zwischen der Elektrode und der Düse der

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Plasmafackel eingeschaltete Pilotspeisequelle als Aktivierungseinrichtung enthält, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Düse und dem Werkstück in Serien- oder in Parallelschaltung ein Sensor wie beispielsweise ein Stromfühlrelais und ein Widerstand eingeschaltet sind, wobei der vom Werkstück zur Elektrode fließende Teststrom unter anderem durch die Spannung der Pilotspeisequelle und die Größe des Widerstandes bestimmt ist.

Bei einer Alternativausführung dieser Vorrichtung ist der Widerstand durch eine getrennte Testspeisequelle ersetzt, die parallel oder in Serie zum Sensor zwischen Düse und Werkstück liegt und zwischen Werkstück und Elektrode einen passenden Teststrom fließen läßt.

Eine zweite für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte Vorrichtung, die eine Wolfram-Inertgas-Fackel für die Bearbeitung des Werkstücks und einen an die Elektrode der Fackel und an daß Werkstück angeschalteten Hochfrequenzgenerator als Aktivierungseinrichtung enthält, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in Serie oder parallel zum Hochfrequenzgenerator ein Sensor zwischen Elektrode und Werkstück eingeschaltet ist.

In weiterer Ausgestaltung dieser Vorrichtung kann dem Sensor eine getrennte Testspeisequelle in Serie geschältet sein, die zwischen Werkstück und Elektrode einen passenden Teststrom fließen läßt. . · ' ·

Gemäß der Erfindung liefert die zum Zünden des Hauptlichtbogens dienende Aktivierungseinrichtung zwischen Elektrode und Werkstück einen Strom, der mit Hilfe eines Sensors erfaßt wird. Der Sensor wird bei einem vorher festgelegten und einer bestimmten Impedanz an der Hauptspeisequelle entsprechenden Wert für den erfaßten Strom getriggert und gibt dann ein Steuersignal an die Hauptepeisequelle ab, deren Steuereinrichtung den Hauptstrom auf einen voreingestellten

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Wert für die Errichtung des Hauptlichtbogens bringt. Der Sensor für die Erfassung des Teststroms zwischen Werkstück und Elektrode liegt der Aktivierungseinrichtung parallel oder in Serie dazu.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Grundprinzips der Erfindung,

• Fig. 2 und 3 Blockschaltbilder für zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung bei deren Anwendung zum Plasmaschweißen und Plasmaschneiden und

Fig. h und 5 Blockschaltbilder für zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung bei deren Anwendung auf das Viol f ram-Inertgas-Schweißverfahren.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Grundaufbau ist zwischen einer Elektrode 1. und einem Werkstück 2 eine stromgeregelte Hauptspeisequelle k angeschlossen. Zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück besteht ein Zwischenraum 3 für die Lichtbogenausbildung. Der Hauptspeisequelle k parallel liegt eine Aktivierungseinrichtung 5» die beispielsweise die Form eines Hochfrequenzgenerators oder einer Pilotspeisequelle aufweisen kann. Alternativ kann die Aktivierungseinrichtung 5 auch in Serie zur Hauptspeisequelle k geschaltet sein. Weiterhin ist der Aktivierungseinrichtung 5 ein Sensor 6 parallelgeschaltet, der beispielsweise als Stromfühlrelais ausgebildet sein kann. Ebenso ist auch eine Anordnung des Sensors 6 in Serie zur Aktivierungseinrichtung 5 möglich.

Wenn die Aktivierungseinrichtung 5 eingeschaltet wird, fließt ein bestimmter Strom vom Werkstück 2 zur Elektrode 1. Dieser Strom wird vom Sensor 6 erfaßt. Bei einem vorgegebenen Wert für diesen Teststrom, welcher Wert einer von der Hauptspeisequelle 4 aus gesehen hinreichend niedrigen Impedanz entspricht, wird der Sensor 6 getriggert und gibt dann ein Steuersignal an die Hauptspeisequelle k weiter, die daraufhin den Hauptlichtbogen zwischen der Elektrode 1

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und dem Werkstück 2 errichtet und den Strom auf seinen voreingestellten isert einregelt. Auf diese weise wird ein stärkeres Öberschwingen des Stromes, wie es sonst auftritt, verhindert.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung enthält eine oberhalb des Werkstücks 2 angeordnete Plasmafackel 7- Die Hauptspeisequelle k ist in diesem Falle mit dem Werkstück 2 und der Elektrode 1 der Plasmafackel 7 verbunden. Zwischen der Düse 8 der Plasmafackel 7 und deren Elektrode 1 ist als Aktivierungseinrichtung 5 eine Pilotspeisequelle angeschaltet. Zwischen der Düse 8 und dem Werkstück 2 liegt eine Serienschaltung oder auch eine Parallelschaltung - gestrichelte Darstellung in Fig. 2 - aus einem Widerstand 9 und dem als Stromfühler ausgebildeten Sensor 6. Die Aktivierungseinrichtung 3 erzeugt zwischen der Elektrode 1 und der Düse 8 der Plasmafackel 7 einen Pilotlichtbogen. Daraufhin tritt aus der Düse 8 der Plasmafackel 7 ein auf das Werkstück 2 gerichteter Plasmastrahl aus. über den Widerstand 9 und den Sensor 6 fließt Strom aus der Aktivierungseinrichtung 5 vom Werkstück 2 zur Elektrode 1« Dieser Teststrom kann sehr klein sein und beispielsweise nur einige Zehntel Milliampere betragen. Seine Größe wird durch die Aktivierungseinrichtung 5» den Widerstand 9 und die Impedanz zwischen der ^Elektrode 1 und dem Werkstück 2 bestimmt. Wenn dieser Teststrom einen vorgegebenen Wert erreicht, spricht der Sensor 6, der aus einem sogenannten Eead-Eelais bestehen kann, an und gibt an die Hauptspeisequelle k ein Steuersignal ab, woraufhin der Hauptstrom auf den voreingestellten Wert gebracht wird.

In der in Fig. 3 dargestellten Alternativausführung für die Schaltung von Fig. 2 ist der Widerstand 9 durch eine Testspeisequelle 10 ersetzt. Nach dem Einschalten der Aktivierungseinrichtung 5, die wieder als Pilotspeisequelle ausgebildet ist, läßt die Testspeisequelle 10 einen Teststrom über das Werkstück 2 zur Elektrode 1 fließen. Dieser Teststrom triggert wie bei der oben beschriebenen Schaltung nach Fig. 2 bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes den Sensor 6, und dieser gibt daraufhin ein Steuersignal an die Hauptspeisequelle k ab.

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Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung ist für einen Einsatz im Bahmen des Wolfram-Inertgas-Schweißverfahrens bestimmt. Die Hauptspeisequelle 4 ist bei diesem Beispiel mit dem Werkstück 2 und mit der Elektrode 1 einer Schweißfackel 11 verbunden. Zwischen dem Werkstück 2 und der Elektrode 1 liegt außerdem die Aktivierungseinrichtung 5» die in diesem-Falle als Hochfrequenzgenerator ausgebildet ist. Der Aktivierungseinrichtung 3 ist der wiederum als Stromfühler ausgebildete Sensor 6 parallel oder in Serie geschaltet. Nach ihrem Einschalten erzeugt die Aktivierungseinrichtung 5 eine Funkenentladung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2. Diese Funkenentladung wiederum läßt einen Strom entstehen, der vom Sensor erfaßt wird. Bei einem vorgegebenen ¥ert für diesen Strom wird der Sensor 6 getriggert und gibt ein Steuersignal an die Hauptspeisequelle 4 ab. Diese errichtet daraufhin den Lichtbogen zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 und regelt den Strom auf den voreingestellten Wert ein.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Alternativausführung für die Schaltung von Fig. 4 liegt eine Testspeisequelle 10 in Serie zum Sensor 6, der wiederum als Stromfühler ausgebildet ist. Nach dem Einschalten der wiederum als Hochfrequenzgenerator ausgeführten Aktivierungseinrichtung 5 kann die Testspeisequelle 10 einen Teststrom vom werkstück 2 zur Elektrode 1 fließen lassen, der- vom Sensor 6 erfaßt wird. Wie bei den oben beschriebenen Schaltungen wird der Sensor 6 bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes durch diesen · Teststrom getriggert und gibt dann ein Steuersignal an die HauptspeisequelLe 4 ab.

Kit Hilfe der oben beschriebenen Schaltungen läßt sich ein Verfahren für die Steuerung des Zündvorgangs für den Hauptlichtbogen verwirklichen, durch das sich die bisher auftretenden störenden überschwingerscheinungen im Hauptstrom vermeiden lassen. Dabei sind diese Schaltungen zwar sehr günstige und vorteilhafte, keinesfalls aber die einzig möglichen Ausführungsmöglichkeiten für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Patentansprüche:

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Claims (3)

Patentansprüche

1., Verfahren zum Steuern des Stromes für das Zünden des Hauptlichtbogens beim Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Hauptspeisequelle für die Errichtung des Hauptlichtbogens zwischen Elektrode und Werkstück und einer Aktivie.rungseinrichtung für das Zünden des Lichtbogens zwischen Elektrode und Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Aktivierungseinrichtung (5) ein Teststrom zwischen Elektrode (1) und Werkstück (2) zum Fließen gebracht wird, daß dieser Teststrom mittels eines bei einem vorgebbaren und einer bestimmten Impedanz an der Hauptspeisequelle (*f) entsprechenden Wert für den Teststrom in Betrieb gesetzten Sensors (6) abgefühlt wird und daß das Ausgangssignal dieses Sensors (6) als Steuersignal der Hauptspeisequelle (^t) zugeführt wird, die daraufhin den Hauptlichtbogen errichtet und den Hauptstrom auf den spezifizierten ¥ert steuert.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Plasmafackel für die Bearbeitung des Werkstücks und einer zwischen der Elektrode und der Düse der Plasmafackel eingeschalteten Pilotspeisequelle als Aktivierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Düse (8) und dem Werkstück (2) in Serien- oder in Parallelschaltung ein Sensor (6) wie beispielsweise ein Stromfühlrelais und ein Widerstand (9) eingeschaltet sind, wobei der vom Werkstück (2) zur Elektrode (1) fließende Teststrom unter anderem durch die Spannung der Pilotspeisequelle (5) und die Größe des Widerstandes (9) bestimmt ist (Fig. 2)»

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (9) durch eine getrennte Testspeisequelle (1O) ersetzt ist, die parallel oder in Serie zum Sensor (6) zwischen Düse (8) und Werkstück (2) liegt und zwischen Werkstück (2) und Elektrode (1) einen passenden Teststrom fließen läßt,(Fig. 3).

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k,~ Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Wolfram-Inertgas-Fackel für die Bearbeitung des Werkstücks und einem an die Elektrode der Fackel und an das Werkstück angeschalteten Hochfrequenzgenerator als Aktivierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie oder parallel zum Hochfrequenzgenerator (5) ein Sensor (6) zwischen Elektrode (l) und Werkstück (2) eingeschaltet ist.(Fig. k).

5· Vorrichtung nach Anspruch A-, dadurch gekennzeichnet, daß dem •Sensor (£>) eine getrennte Testspeisequelle (10) in Serie geschaltet ist, die zwischen Werkstück (2) und Elektrode (1) einen passenden Teststrom fließen läßt (Fig. 5).

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