DE4091340C2 - Impulsschweißvorrichtung - Google Patents

Abstract

Impulsschweißvorrichtung unter Verwendung einer Impulsladung, wie eine Impulslichtbogenschweißvorrichtung und eine Kurzschlußtransfer-Lichtbogenschweißvorrichtung. Eine Impulsstromwellenform-Steuerschaltung (8) steuert den Impulslichtbogenstrom derart, daß ein gewünschter Impulslichtbogenstrom der Lichtbogenleistung-Versorgungseinheit (10) zur Ausgabe des Impulslichtbogenstroms an die Schweißlasteinheit (5) zugeführt wird, und ist derart aufgebaut, daß ein optimaler Schweißvorgang durchgeführt werden kann, ohne daß Schaltkreiskomponenten eingestellt und ein Schaltungsentwurf modifiziert werden müssen. Die Impulsschweißvorrichtung ist derart aufgebaut, daß ein fehlerhaftes Schweißen als Folge eines magnetischen Blasens während des Lichtbogenschweißens verhindert werden, sowie ein Unterschneiden und ein Verspritzen als Folge verschiedener externer Störungen am Schweißbrenner (51). Die Impulsstromwellenform-Steuerschaltung ist als mikrocomputerisierte digitale Schaltung ausgebildet, die mit einem Programm arbeitet, um den gewünschten Impulslichtbogenstrom zu liefern. Ein Abänderung des Programms kann jegliche gewünschte Impulslichtbogenströme ohne Änderung von Schaltungen liefern. Die optimalen Schweißstromwellenformparameter oder ein Ziellichtbogenlängesignal wird in der ersten Schweißstufe gelernt und in einem Speicher gespeichert. Eine Lichtbogenlängerückkopplungssteuerung oder eine Stromwellenformsteuerung wird unter Steuerung eines Programms auf der Grundlage der ...

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Impulsschweißvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus US 4 758 707.

Beispiele bekannter Impulsschweißvorrichtungen unter Verwendung einer Impulsentladung sind eine Impuls- Lichtbogenschweißvorrichtung gemäß der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 57-19177 und eine Kurzschlußtransfer-Lichtbogenschweißvorrichtung gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-54585.

In der Impuls-Lichtbogenschweißvorrichtung wird ein impulsförmiger Lichtbogenstrom zwischen der sich aufbrauchenden Schweißdrahtelektrode (die anschließend als Drahtelektrode bezeichnet wird) und den Werkstücken geführt, und sowohl die Werkstücke und die Drahtelektrode werden geschmolzen und anschließend wird die Drahtelektrode durch die elektromagnetische Einschnürkraft durchschnitten, die von der impulsförmigen Lichtbogenentladung erzeugt wird, und die geschmolzene Elektrode oder Schweißperle wird anschließend auf die Werkstücke übertragen (was als Sprühtransfer bezeichnet wird). Eine Impulsschweißung kann selbst in einem Bereich durchgeführt werden, wo der Durchschnittsstrom kleiner ist als jener einer Gleichstrom-Lichtbogenschweißvorrichtung, und bietet sich für das Schweißen dünnerer Werkstücke an. Die Impulsschweißung hat den Vorteil, daß der Sprühtransfer dazu dient, während des Schweißens erzeugte Spritzer zu beseitigen.

In der Kurzschluß-Lichtbogenschweißvorrichtung erfolgt das Kurzschließen abwechselnd mit der Lichtbogenbildung in periodischer Weise, so daß die Werkstücke und die Drahtelektrode durch die Wärme geschmolzen werden, die während der Lichtbogenentladung durch einen Lichtbogenstrom zwischen der Drahtelektrode und den Werkstücken entsteht und anschließend werden die Werkstücke mit der Drahtelektrode kurzgeschlossen, um die geschmolzenen Schweißperlen, die am vorderen Ende der Drahtelektrode erzeugt wurden, auf die Werkstücke zu übertragen. Die periodische Durchführung des Kurzschließens abwechselnd mit der Lichtbogenbildung gewährleistet einen stabilen Schweißvorgang.

Zur Erzielung einer guten Qualität des pulsförmigen Lichtbogenschweißens ist es erforderlich, daß ein Unterschneiden, d. h. eine fehlerhafte Form der Schweißnaht an ihrem Entstehen verhindert wird, und die Schweißperlen, die sich von der Elektrode lösen, werden im wesentlichen auf gleicher Größe gehalten. Zur Verhinderung von Spritzern sollte ein Kontakt zwischen der Drahtelektrode und den Werkstücken verhindert werden. Um ein Unterschneiden zu verhindern, sollte die Lichtbogenlänge kurz sein. Um beide Forderungen zu erfüllen, ist es wichtig, feine Teilchen der Schweißperlen (Sprühtransfer) sicherzustellen, wenn die Schweißperlen die Elektrode verlassen. Hinsichtlich der gleichförmigen Schweißperlengröße kann die gleichförmige Größe der Schweißperlen, die sich von der Elektrode lösen, erhalten werden, indem periodisch impulsförmige Lichtbogenströme mit gleichen Impulsformen wiederholt werden.

In einem Schutzgas aus einer Mischung von Argongas und 20% CO₂-Gas ist die Lichtbogengröße ausreichend, um die an der Elektrode erzeugten Schweißperlen zu umschließen, so daß die in Fig. 9 dargestellten periodischen einfachen Impulse (τ: Impulsbreite, I_B: Grundstrom, auch Basisstrom genannt) dazu beitragen, daß die Schweißperlen Teilchen werden und sich von der Elektrode in regulärer Weise abtrennen. Jedoch ist in einem Schutzgas aus 100% CO₂-Gas die Lichtbogengröße ziemlich klein, um die Schweißperlen zu umschließen, so daß einfache Impulse Erscheinungen veranlassen, die bei (a) und (b) in Fig. 9 dargestellt sind, was keine guten Schweißergebnisse gewährleistet. Schmälere Impulsbreiten τ, die sich durch den hohen Wert des Basisstroms I_B ergeben, wie bei (a) in Fig. 9 dargestellt ist, ändern die Form der am vorderen Ende der Elektrode erzeugten Schweißperlen aus dem Po-Zustand in den Pa1-Zustand und anschließend in den Pa2-Zustand, in dem die Schweißperlen ausreichend groß sind, um von der Elektrode getrennt zu werden. Andererseits veranlassen größere Impulsbreiten τ, die durch einen niedrigen Wert des Basisstroms I_B verursacht werden, ein Ansteigen der als Folge der Impulsströme erzeugten elektromagnetischen Kraft F, was wiederum dazu führt, daß die Form der Schweißperlen am vorderen Ende der Drahtelektrode sich vom Po-Zustand zum Pb1-Zustand ändert, wenn die Schweißperlen eingeschnürt und angehoben werden. Anschließend gelangen die Schweißperlen in den Pb2-Zustand, so daß sie durch die Impulsströme abgetrennt werden. Jedoch drehen sich die somit abgetrennten Schweißperlen mit hoher Geschwindigkeit und fallen nicht auf die Werkstücke, sondern werden als Spritzer an anderen Stellen als an der Schweißstelle zerstreut oder erneut auf der Elektrode abgeschieden, wie durch den Pb2'-Zustand dargestellt ist. Da die bekannte Impulsschweißvorrichtung in der vorstehend beschriebenen Weise arbeitet, leidet sie an den folgenden Schwierigkeiten:

Ist der Scheitelwert Ip des Impulsstroms niedrig, so werden die Schweißperlen am vorderen Ende der Drahtelektrode angehoben und gestatten keine Abtrennung der Schweißperlen, bis diese groß werden. Somit wird die Elektrode mit dem Werkstückkörper über die groß gewordenen Schweißperlen kurzgeschlossen. Ferner zerstreuen sich die Spritzer während des Schweißvorgangs über den ganzen Bereich, oder es entstehen unterschnittene oder schadhafte Schweißnähte. Ferner entstehen, wenn der Scheitelwert Ip des Impulsstroms hoch ist, Schwierigkeiten, die zu einer größeren Kapazität und einem größeren Gewicht der Stromversorgungseinheit führen, was zu einem steilen Kostenanstieg führt.

Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. Hei 1- 254385 (japanische Patentanmeldung Nr. 62-309388 und Nr. 63-265083) zeigen die Impulsschweißvorrichtung des Erfinders, bei der eine Impulsstromwellenform in eine Gruppe von Impulsströmen unterteilt ist, die einen Abstand von einem Impulsintervall oder mehr als einem Impulsintervall aufweisen, wobei die Gruppen zu vorbestimmten Zeitperioden ausgegeben werden, und ein kontinuierlicher Basisstrom den Gruppen der Impulsströme überlagert ist, damit eine Entladestromwellenform erhalten wird. Durch diese Anordnung werden die auf die Werkstücke überführten Schweißperlen in Teilchen umgewandelt, so daß die Schweißperlen in regelmäßiger Weise übertragen werden.

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, wird in der bekannten Impulsschweißvorrichtung gemäß der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei. 1-254385 eine Impulsstromwellenform aus einer Anzahl Impulsströme gebildet und periodisch wiederholt, um eine gesamte Entladungsstromwellenform zu bilden. Dies bedeutet, daß ein einzelner Impuls in eine Anzahl Impulse unterteilt wird. Die Unterteilung eines Impulses bewirkt, daß die nach oben gerichtete elektromagnetische Kraft auf die Drahtelektrode, die sich aus der impulsförmigen Bogenentladung ergibt, intermittierend ist, wodurch die Kraft verringert wird, die die Schweißperle an der Elektrode anheben will. Daher werden die Schweißperlen nicht nur in einem überwiegend aus Argon bestehenden Schutzgas, sondern auch in einem 100%igen CO₂-Schutzgas mühelos von der Elektrode vor ihrem Großwerden getrennt.

Die Überführung der Schweißperlen wird nachstehend beschrieben. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, erfahren die an der Elektrode erzeugten Schweißperlen, wenn ein Impulsstrom mit einer Impulsbreite τ und einer Periode CA periodisch durch die Drahtelektrode geschickt wird, ein "Anwachsen" und anschließend eine "Trennung von der Elektrode" in zyklischer Weise. Das heißt, eine ausreichende Menge einer Schweißperle, die an der Elektrode während der Basisperiode der Impulsgruppe erzeugt wurde, erfährt infolge der Bogenentladung eine Schwingung mit der Frequenz der Impulse und trennt sich von der Elektrode ab. Nachdem sich die Schweißperle abgetrennt hat, wird eine neue Schweißperle durch die Impulse am vorderen Ende der Drahtelektrode erzeugt und wächst an, während sie durch die elektromagnetische Kraft angehoben wird. Anschließend hängt die Schweißperle am Drahtende während der Basisperiode und bildet sich aus, bevor die nächste Gruppe der Impuls anfängt.

Jedoch sollte bei der Durchführung eines Lichtbogenschweißens während der Bewegung der Drahtelektrode, die einen Lichtbogen über den Werkstücken in einer bestimmten Richtung erzeugt, das folgende Problem gelöst sein, bevor der Schweißvorgang unter verschiedenen Bedingungen in einem weiten Bereich von Anwendungen durchgeführt werden kann.

Der Bogen wird durch die elektromagnetische Kraft geblasen, die durch einen Bogenstrom erzeugt wird und durch das Magnetfeld als Folge des Bogenstroms, was als "magnetisches Blasen" bezeichnet wird und die regelmäßige Überführung der Schweißperlen beeinträchtigt.

Bei Durchführung des Schweißvorgangs hängt während der Bewegung der lichtbogenerzeugenden Drahtelektrode über den Werkstücken in bestimmter Richtung die Verteilung des in Luft erzeugten Magnetfelds von der Strombahn ab, d. h. vom Schweißbrenner zum Lichtbogen und anschließend vom Lichtbogen zu den Werkstücken. Die Form der Schweißverbindungen und verschiedene Erdungspunkte bestimmen die Verteilung des Magnetfelds in der Luft. Die auf den Lichtbogen wirkende elektromagnetische Kraft hängt von der Verteilung des Magnetfelds und der Richtung des Lichtbogens ab, und verursacht ein magnetisches Blasen, wo der Lichtbogen gegenüber den Werkstücken verschwenkt wird. Dieses magnetische Blasen resultiert aus dem Aufbau der Werkstücke und den Erdungspunkten, und erscheint wiederholt, falls der Aufbau der Werkstücke und der Erdungspunkte die gleichen sind.

Wie durch die jeweiligen Schweißperlen-Trennvorgänge (A-1) bis (C-1) und (A-3) bis (C-3) in Fig. 11 dargestellt wird, ergibt sich eine lange Lichtbogenlänge infolge des Umstands, daß die Schweißperlen durch den abgelenkten Lichtbogen angehoben werden, was die regelmäßige Trennung der Schweißperlen beeinträchtigt und abgetrennte Schweißperlen veranlaßt, nicht auf die Schweißnähte zu fallen.

Dies ist ein ständiges Problem, das von den Eigenheiten des Aufbaus der Werkstücke und Erdungspunkte abhängt.

In ähnlicher Weise wird in der Kurzschluß- Lichtbogenschweißvorrichtung gemäß den Fig. 12 S1a bis S3a, wenn ein magnetisches Blasen auftritt, der Lichtbogen durch das magnetische Blasen abgelenkt und daher werden die am vorderen Ende der Drahtelektrode entstandenen Schweißperlen angehoben, um die zeitliche Länge des Kurzschlusses der Schweißperlen zu ändern. Dies beeinträchtigt den abwechselnden periodischen Übergang zwischen Kurzschlußvorgang und Lichtbogen. Damit können die Schweißnähte eine Ungleichmäßigkeit an ihrer Oberfläche haben oder die Tiefe der Schweißnähte kann variieren und verfehlt, die Schweißfestigkeit zu gewährleisten.

In der bekannten Impulsschweißvorrichtung gibt eine Impulsstromwellenform-Steuerschaltung in regelbarer Weise einen gewünschten pulsförmigen Lichtbogenstrom an eine Versorgungseinheit für die Lichtbogenschweißleistung ab, die die Schweißlast mit pulsförmigen Lichtbogenströmen versorgt. Die Steuerschaltung hat gewöhnlich die Form einer Analogschaltung. Soll somit beispielsweise eine Vergleichsschaltung eingebaut werden, so sind viele Einstellelemente zur Einstellung der Verstärkung von Verstärkern und von Verschiebespannungen, sowie eine große Anzahl Bauelemente vorhanden. Außerdem ist es beispielsweise bei Änderung der Anzahl der Impulse in der Impulsstromgruppe oder der Scheitelwerte der Impulsströme erforderlich, die Werte der Schaltungselemente zu ändern oder einige zusätzliche Schaltungen vorzusehen. Dies ist ein Problem bezüglich Zeit und Kosten.

Aus US 4 647 754 ist eine Impulsschweißsteuervorrichtung für eine Impulsschweißvorrichtung bekannt, die eine mikrocomputerisierte digitale Schaltung aufweist, einen Analog/Digitalumsetzer sowie einen Digital/Analogumsetzer, eine Steuerschaltung (Komparator), einen Kurzschlußdetektor, einen Wellenformgenerator und eine Impulsschweißstromquelle. Der Mikrocomputer liest eine Anzahl von Kurzschlußimpulsen und berechnet daraus einen digitalen Wert, der in einen analogen Wert umgewandelt wird, der dann zur Regelung der Impulsschweißstromquelle verwendet wird. Aus Patent Abstracts of Japan, JP 62-28076 A ist eine Impulsschweißvorrichtung bekannt, die einen Mikrocomputerschaltkreis umfaßt. In einem Speicher werden verschiedene Referenzwellenformen gespeichert, die von dem Mikrocomputer ausgewählt werden, um Spritzen und eine Auslöschung des Lichtbogens zu verhindern. Aus DE 32 20 590 C2 ist eine Lichtbogenschweißvorrichtung mit einem Kurzschlußdetektor, einem Kurzschlußstromeinsteller, einem Schweißstromeinsteller, einem Komparator, einer Stromsteuerung und einer Treiberschaltung bekannt.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend aufgeführten Nachteile realisiert und stellt eine kostengünstige Vorrichtung zur Verfügung, indem die Einstellelemente und die Anzahl der Bauteile verringert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impulsschweißvorrichtung zu schaffen, die eine Impulsstromwellenform-Steuerschaltung in Form einer mikrocomputerisierten digitalen Schaltung zur Verfügung stellt, durch welche eine beliebige Stromwellenform mühelos erhalten wird, so oft eine derartige Stromwellenform erforderlich ist, und in der Lage ist, ein fehlerhaftes Schweißen als Folge eines magnetischen Blasens unter verschiedenen Schweiß- und Umweltbedingungen zu verhindern, und die einen Kurzschlußtransfervorgang umfaßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie in Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine Schaltung, die abwechselnd Impulsströme mit dem Basisstrom oder einem Kurzschlußstrom ausgibt, sind als die mikrocomputerisierte digitale Schaltung ausgebildet. Jede Schaltung führt ihren Betrieb unter einem diesbezüglichen Programm durch und eliminiert somit die Einstellelemente in den Schaltungen zur Verringerung der Anzahl von Bauteilen und die Einstellzeit zur Erzielung geringer Kosten. Dies gestattet es nicht nur, daß eine beliebige Stromwellenform vorgesehen ist, sondern auch ein beliebiger Steuervorgang erhalten wird, indem das Programm modifiziert wird, statt daß der Schaltungsaufbau geändert wird.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine dritte Analog/Digital- Umsetzerschaltung vorgesehen, die Mehrbit- Ausgangssignalleitungen hat, die mit dem Datenbus verbunden sind und die das Ausgangssignal der Spannungsdetektorschaltung empfängt. Während die Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit den Grundstrom (Basisstrom) oder einen Kurzschlußstrom abgibt, führt die Zentraleinheit (CPU) in vorgegebenen Zeitabständen Betriebsvorgänge entsprechend dem vorstehenden Algorithmus durch, und vergleicht zudem einen digitalen Datenwert V_FBM, der einer augenblicklichen Ausgangsspannung der Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit entspricht, mit einem digitalen Datenwert Vmax, wobei Vmax < Vset, die einem vorgegebenen digitalen Datenwert Vset entspricht. Die Zentraleinheit hält den Grundstrom oder den Kurzschlußstrom, falls V_FBM < Vmax ist, und die Zentraleinheit gibt nur dann einen zweiten Basisstrom ab, der größer als der Grundstrom oder Kurzschlußstrom ist, wenn V_FBM ≦ Vmax ist. Dieses macht es möglich, eine Schaltung vorzusehen, die ein magnetisches Blasen verhindert, während der Basisstrom oder der Kurzschlußstrom während des Impulslichtbogenschweißvorgangs fließt, indem der Betrieb derart durchgeführt wird, daß, wenn die Ausgangsspannung während der Zufuhr des Grundstroms (oder Kurzschlußstroms) den eingestellten Wert von Vmax überschreitet, der zweite Grundstrom oder Kurzschlußstrom fließt.

Dies ist insofern von Vorteil, als eine allgemein bekannte Schaltung zur Verhinderung des magnetischen Blasens mühelos vorgesehen werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Impulsschweißvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;

Fig. 2(a) und 2(b) sind erläuternde Darstellungen, die die Wellenform eines Ausgangsstroms der Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit in Fig. 1 darstellen, der einer Lichtbogenlast zugeführt wird;

Fig. 3(a) und 3(b) sind Ablaufdarstellungen eines Programms, gemäß welchem eine Zentraleinheit (CPU) einen Steuervorgang für die Vorrichtung nach Fig. 1 durchführt;

Fig. 4, 5 und 6 sind Blockschaltbilder weiterer Ausführungsformen einer Impulsschweißvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Impulsschweißvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;

Fig. 8(a) und 8(b) sind Ablaufdarstellungen eines Programms, gemäß welchem eine Zentraleinheit den Steuervorgang der Vorrichtung nach Fig. 7 durchführt;

Fig. 9(a) und 9(b) sind erläuternde Darstellungen einer bekannten Impulslichtbogenentladungsstromwellen­ form und des Transfers von Schweißperlen;

Fig. 10 zeigt den Betrieb und die Wirkungen einer bekannten Impulsstromgruppe;

Fig. 11 ist eine erläuternde Darstellung eines magnetischen Blasens;

Fig. 12 ist eine Darstellung der Stromwellenform und des Transfers einer Schweißperle bei einem bekannten Kurzschlußlichtbogenverfahren.

Beste erfindungsgemäße Ausführungsform Fig. 1 zeigt einen Aufbau einer Ausführungsform einer Impulsschweißvorrichtung gemäß der Erfindung. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Schweißstromquelle zum Lichtbogenschweißen, die einen Wechselrichter (inverter circuit), einen Hochfrequenztransformator und Hochfrequenzdioden umfaßt, die alle durch eine Wechselrichter-Steuerschaltung gesteuert werden. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Lichtbogenlast, die einen Schweißbrenner 51 umfaßt, eine Drahtelektrode 52, die in Form eines Drahts aus einer Drahtspule zugeführt wird, eine Lichtbogenentladung 53 und Werkstücke 54. Von dem Wechselrichter gesteuerte gewünschte Impulsgruppen werden über den Hochfrequenztransformator und die Hochfrequenzdioden aus der Wechselrichterschaltung zugeführt, die die Schweißstromquelle 10 zum Lichtbogenschweißen, im folgenden auch Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit genannt, für den Schweißbrenner 51 zum Lichtbogenschweißvorgang aufweist.

Das Bezugszeichen 11 ist eine sich verbrauchende Elektrode (anschließend als Draht bezeichnet), und das Bezugszeichen 12 ist eine Drahtvorratsrolle zur Zufuhr des Drahts 11. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Drahtzufuhrmotor, der über Zahnräder mechanisch mit der Drahtvorratsrolle 12 verbunden ist. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Motorsteuerschaltung, die mit dem Drahtzufuhrmotor 13 verbunden ist, und das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine mit der Motorsteuerschaltung verbundene Motordrehzahleinstellschaltung. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Spannungsdetektorschaltung, die mit einer Ausgangsklemme der Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit 10 verbunden ist, und das Bezugszeichen 16 ist eine Glättungsschaltung, die das Ausgangssignal der Spannungsdetektorschaltung 7 erhält. Das Bezugszeichen 17 zeigt eine Spannungseinstellschaltung. Die Impulsstromwellenform-Steuerschaltung 8 erhält den erfaßten Wert aus der Spannungsdetektorschaltung 7 über die Glättungsschaltung 16 und den Einstellwert der Spannungseinstellschaltung 17, um die Wellenform der Impulsströme zu steuern, die aus der Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit 10 ausgegeben werden.

Die vorstehend aufgeführte Impulsstromwellenform- Steuerschaltung 8 ist mit einer D/A-Umsetzerschaltung 18 zur Ausgabe eines Spannungssignals versehen, das einem gewünschten Ausgangsstrom zur Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit 10 entspricht, einer ersten A/D- Umsetzerschaltung 19, die das Ausgangssignal der Spannungseinstellschaltung 17 erhält, einer zweiten A/D- Umsetzerschaltung 20, die das Ausgangssignal der Glättungsschaltung 16 erhält, einer Datenspeicherschaltung 21, die an eine Anzahl Dateneingangsleitungen von der D/A- Umsetzerschaltung verbunden ist, einer Zentraleinheit 22, einem ROM 23 und einer Adreßdecodierschaltung 24. Die Steuerschaltung 8 ist eine mikrocomputerisierte digitalen Schaltung. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Adreßbus für die Zentraleinheit, das Bezugszeichen 26 einen Datenbus für die Zentraleinheit, das Bezugszeichen 27 ein aus der Zentraleinheit ausgegebenes Lesesignal, und das Bezugszeichen 28 ein aus der Zentraleinheit ausgegebenes Schreibsignal. Die Bezugszeichen 29-32 bezeichnen jeweils ein Datenspeicherschaltungswählsignal, ein erstes A/D- Umsetzerschaltungswählsignal, ein zweites A/D- Umsetzerschaltungswählsignal und ein ROM-Wählsignal. Die Zentraleinheit 22 ist mit einem gemeinsamen Datenbus 26 mit Mehrbit. Eingangssignalleitungen der Datenspeicherschaltung 21, Mehrbit-Eingangssignalleitungen der ersten A/D- Umsetzerschaltung 19 und Mehrbit-Eingangssignalleitungen der zweiten A/D-Umsetzerschaltung 20 verbunden. Die Zentraleinheit 22 hat den Algorithmus, wonach, wenn die Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit 10 den Grundstrom oder den Kurzschlußstrom abgibt, ein digitaler Datenwert V_FBA, der eine Durchschnittssausgangsspannung der Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit angibt, mit einem digitalen Datenwert Vset verglichen wird, der zu vorgegebenen Zeitintervallen eine gewünschte Ausgangsspannung angibt, damit ein Grundstrom oder ein Kurzschlußstrom oder ein Strom zum Schmelzen der Werkstücke anstelle eines Grundstroms oder eines Kurzschlußstroms ausgegeben wird.

Es wird nunmehr die erfindungsgemäße Betriebsweise beschrieben.

In Fig. 1 gibt die Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit 10 an den Lichtbogen 53 abwechselnd mit dem Grundstrom oder Kurzschlußstrom den Impulsgruppenstrom ab zur Durchführung eines Impulslichtbogenschweißens. Die Fig. 2(a) und 2(b) sind erläuternde Darstellungen der Wellenform des Ausgangsstroms, wobei (1) die Periode für den Impulsgruppenstrom und (2) die Periode anzeigt, während welcher der Grundstrom oder der Kurzschlußstrom ausgegeben wird.

ROM 23 enthält ein Programm zur Steuerung des Betriebs, bei dem ein Spannungssignal, das einen gewünschten Ausgangsstrom anzeigt, ausgegeben wird, und bei dem die Durchschnittssausgangsspannung der Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit 10 steuerbar gehalten wird.

Die Fig. 3(a) und 3(b) sind Ablaufdarstellungen, die eine Reihe von Algorithmen des durch die Zentraleinheit ausgeführten Programms angeben. In den Figuren zeigt (a) die Steuerung bei Ausgabe des Grundstoms, und (b) zeigt die Steuerung, wenn der Kurzschlußstrom ausgegeben wird. Diese Steuerung wird in vorbestimmten Zeitabständen als Unterbrechungsprogramm des angegebenen Hauptprogramms durchgeführt.

Ein Spannungssignal, das die Durchschnittsausgangsspannung der Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit 10 angibt, das über die Spannungsdetektorschaltung 7 und die Glättungsschaltung 16 ausgegeben wird, während der Strom oder Kurzschlußstrom zugeführt wird (Sa1, Sb1), wird durch die zweite A/D-Umsetzerschaltung 20 in vorgegebenen Zeitbereichen unter Steuerung des im ROM 23 gespeicherten Programms in einen digitalen Datenwert umgesetzt. Das Wählsignal 31 wird über die Adreßdecodierschaltung 24 erhalten, die die Adreßdaten und das Lesesignal 27 der Zentraleinheit 22, das auf die Adreßdaten ausgegeben wird, sowie das Lesesignal 27 der Zentraleinheit 22, das auf den Adreßbus 25 ausgegeben wird, decodiert. Das Wählsignal dient als Startsignal der zweiten A/D-Umsetzerschaltung 20 sowie als Abfragesignal (Sa2, Sb2) für eine Abfrage- und Halteschaltung, die in der zweiten A/D-Umsetzerschaltung 20 enthalten ist.

Der auf diese Weise erhaltene digitale Datenwert V_FBA, der die Durchschnittsausgangsspannung angibt, wird über den Datenbus 26 (Sa3, Sb3) in die Zentraleinheit 22 eingegeben, um mit dem digitalen Datenwert Vset verglichen zu werden, der in der Zentraleinheit 22 (Sa4, Sb4) vorab gespeichert ist.

Wird die Schweißlast 5 mit einer in Fig. 2(a) gezeigten Wellenform versorgt, so wird ein digitaler Datenwert I_Basis, der den Grundstrom anzeigt, an die Datenspeicherschaltung 21 ausgegeben, falls V_FBA ≧ Vset (Sa5) ist, und Daten, die die Impulsstromgruppe anzeigen, werden an die Datenspeicherschaltung 21 ausgegeben, falls V_FBA ≦ Vset (Sa6, Sa7) ist.

Bei Versorgung der Schweißlasteinheit mit der in Fig. 2(B) dargestellten Wellenform wird der digitale Datenwert I_Basis, der den Kurzschlußstrom angibt, an die Datenspeicherschaltung 21 ausgegeben, falls V_FBA ≦ Vset (Sb5) ist, und ein Datenwert, der ein Maß für die Impulsstromgruppe ist, wird an die Datenspeicherschaltung 21 ausgegeben, falls V_FBA < Vset ist (Sb6, Sb7).

In den Fig. 3(a) und 3(b) wird der digitale Datenwert Vset innerhalb des Hauptprogramms eingestellt und zeigt das Ausgangssignal der Spannungseinstellschaltung 17 in Fig. 1 an. Das Ausgangssignal der Spannungseinstellschaltung 17 wird durch die erste A/D-Umsetzerschaltung 19 in digitale Daten umgewandelt und über den Datenbus 26 in die Zentraleinheit 22 eingegeben, so daß die digitalen Daten in einem dort vorhandenen Register gespeichert werden. Die vorstehend aufgeführte Signalverarbeitung wird im Hauptprogramm durchgeführt.

In Fig. 1 wird das Wählsignal 29 für die Datenspeicherschaltung von der Adreßdecodierschaltung 24 in Kombination mit den auf den Adreßbus 25 ausgegebenen Adreßdaten und Schreibsignal 28 ausgegeben. Das Signal 29 dient als Taktimpuls für eine Anzahl Flipflops, die einen Datenspeicher 21 (latch) bilden, um die Daten, die ein Maß für den Grundstrom oder den Impulsgruppenstrom sind, der auf den Datenbus 26 der Zentraleinheit 22 abgegeben wird, zu verriegeln. Die Daten, die auf der Anzahl Ausgangssignalleitungen der Datenspeicherschaltung 21 gehalten werden, werden durch den D/A-Umsetzer 18 in eine Analogspannung umgesetzt, die an die Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit 10 abgegeben wird, die ihrerseits einen gewünschten Ausgangsstrom liefert.

In Fig. 1 wird das erste A/D-Umsetzerschaltung-Wählsignal 29 erhalten, indem die auf die Adresse 25 ausgegebenen Adreßdaten und das aus der Zentraleinheit 22 durch den Adreßdecodierer 24 ausgegebene Lesesignal 27 decodiert werden. Das erste A/D-Umsetzerschaltung-Wählsignal 29 dient als Abfragesignal für die Abfrage- und Halteschaltung in der ersten A/D-Umsetzerschaltung 19 und als Startsignal für die erste A/D-Umsetzerschaltung. Das ROM-Wählsignal 32 ist ein Signal, das durch Decodieren der auf den Adreßbus 25 ausgegebenen Adreßdaten und des Lesesignals 27 mittels der Adreßdecodierschaltung 24 erhalten wird, und arbeitet als ein CE-Signal für das ROM 23.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das eine weitere Ausführungsform der Erfindung angibt. In Fig. 4 besteht die Zentraleinheit 22 aus einer Einzelchip-Zentraleinheit, die mindestens mehr als eine A/D-Umsetzerschaltung enthält. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen ersten Analog- Eingabeanschluß und das Bezugszeichen 34 einen zweiten Analog-Eingabeanschluß. Die Vorrichtung mit dem Aufbau nach Fig. 4 führt ebenfalls einen Betrieb ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 1 mit dem in Fig. 3 angegebenen Programm aus.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt. In der Figur ist die Zentraleinheit 22 aus einer Einzelchip-Zentraleinheit aufgebaut, die ein ROM enthält, in das das in Fig. 3 dargestellte Programm abgespeichert ist. Diese Ausführungsform ist ebenfalls geeignet, in ähnlicher Weise wie die Ausführungsform nach Fig. 1 zu arbeiten.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das eine weitere Ausführungsform der Erfindung angibt. In der Figur ist die Zentraleinheit 22 als Einzelchip-Zentraleinheit aufgebaut, die mindestens mehr als eine A/D-Umsetzerschaltung aufweist und ein ROM enthält. Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung ist ebenfalls geeignet, in ähnlicher Weise wie jene nach Fig. 1 zu arbeiten.

Gemäß der Erfindung wird ein Mikrocomputer als eine Schaltung verwendet, die die Schweißlasteinheit steuert, so daß die regelmäßige Änderung einer Lichtbogenlänge gewährleistet wird und als eine Schaltung, die die Impulsgruppenströme abwechselnd mit dem Grundstrom oder dem Kurzschlußstrom abgibt. Damit werden die Schaltungen durch Steuervorgänge in ein Programm implementiert und haben folgende Vorteile:

• 1. Es ist keine Einstellung von Schaltungselementen erforderlich, so daß die Anzahl Bauteile und die Einstellzeit zur Erzielung geringer Gerätekosten eingespart werden können.
• 2. Eine gewünschte Ausgangsstromwellenform kann beliebig durch Änderung des Programms erhalten werden, beispielsweise durch Ersetzen eines ROMs ohne Änderung der Schaltungen, und der Steuervorgang kann beliebig ohne Änderung der Schaltungen geändert werden.

Fig. 7 stellt eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung dar. Die gleichen Bauelemente wie in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Einzelbeschreibung entfällt daher. In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 35 eine dritte A/D-Umsetzerschaltung, die das Ausgangssignal des Spannungsdetektors 7 erhält, und das Bezugszeichen 36 bezeichnet ein drittes A/D- Umsetzerschaltung-Wählsignal, das vom Adreßdecodierer 24 ausgegeben wird. Der Aufbau nach Fig. 7 enthält eine dritte A/D-Umsetzerschaltung 35, bei der eine Anzahl Ausgangssignalleitungen mit dem Datenbus 26 verbunden sind und die das Ausgangssignal der Spannungsdetektorschaltung 7 erhält. Die Anordnung nach Fig. 7 arbeitet entsprechend dem Algorithmus nach Fig. 3 in vorgegebenen Zeitabständen, während die Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit 10 den Grundstrom oder den Kurzschlußstrom abgibt. Die Anordnung nach Fig. 7 hat ebenfalls den Algorithmus, bei dem der digitale Datenwert V_FBM, der eine augenblickliche Ausgangsspannung der Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit mit dem digitalen Datenwert Vmax vergleicht, wobei Vmax < Vset ist und Vset den gewünschten digitalen Datenwert darstellt, und der Grundstrom oder der Kurzschlußstrom wird aufrechterhalten, falls V_FBM < Vmax ist, und ein zweiter Grundstrom oder Kurzschlußstrom, der größer als der Grundstrom oder Kurzschlußstrom ist, wird nur aufrechterhalten, wenn V_FBM ≧ Vmax ist.

Die Betriebsweise der Zentraleinheit 22 wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 8(a) und 8(b) beschrieben, die wie bei den Fig. 3(a) und 3(b) ist. In Fig. 7 wird, während die Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit 10 den Grundstrom (Sa1, Sb1) liefert, das Spannungssignal, das die augenblickliche Ausgangsspannung der Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit 10 anzeigt, aus dem Spannungsdetektor 7 ausgegeben, und das Spannungssignal wird durch die dritte A/D-Umsetzerschaltung 35 unter Steuerung des in Fig. 8 (Sa2-Sa5, Sb2-Sb5) angegebenen Programms in einen digitalen Datenwert umgesetzt. Gemäß Fig. 8 wird der digitale Datenwert V_FBM mit dem vorab im Hauptprogramm (Sa6-Sa7, Sb6-Sb7) gespeicherten Datenwert Vmax verglichen, um an die Datenspeicherschaltung 21 einen Datenwert auszugeben, der den Grundstrom oder den Kurzschlußstrom angibt, wenn V_FBM < Vmax ist (Sa8, Sb8), und um einen zweiten Grundstrom oder Kurzschlußstrom, der größer als der Grundstrom ist, an die Datenspeicherschaltung 21 abzugeben, wenn V_FBM ≧ Vmax ist (Sa9, Sb9). Ferner schreitet das Programm fort, wenn V_FBM < Vset ist, um die Impulsstromgruppe zu liefern (Sa10, Sa11, Sb10, Sb11). In Fig. 7 wird das dritte A/D-Umsetzerschaltung- Wählsignal 36 durch die Adreßdecodierschaltung 36 erhalten, die die Adreßdaten decodiert, die aus dem Adreßbus 25 ausgegeben werden, sowie das Lesesignal 27 der Zentraleinheit, und arbeitet als Startsignal eines Abfragesignals der Abfrage- und Halteschaltung, die in der dritten A/D-Umsetzerschaltung 35 enthalten ist.

Mit der Ausbildung nach Fig. 7 und mit dem Programm gemäß Fig. 8 liefert die Vorrichtung, wenn die Ausgangsspannung den Einstellwert Vmax überschreitet, während der Grundstrom (oder Kurzschlußstrom) zugeführt wird, den zweiten Grundstrom oder Kurzschlußstrom, um als eine Schaltung zu arbeiten, in der das magnetische oder sogenannte Lichtbogen-Blasen verhindert wird, während der Grundstrom oder der Kurzschlußstrom zu der Impulsbogenschweißung fließt.

Anders ausgedrückt, bei dieser Ausführungsform kann eine das magnetische Blasen verhindernde Schaltung mühelos implementiert werden, während auch die aus dem vorangehenden Ausführungsbeispiel der Erfindung abgeleiteten Wirkungen vorhanden sind.

In Fig. 7 kann die Zentraleinheit 22 ein Bautyp mit Einzelchip sein, der die ersten bis dritten A/D- Umsetzerschaltungen 19, 20 und 35 sowie das ROM 23 enthält. Während die voranstehenden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf einen Gruppenstrom (Impulsgruppe) beschrieben wurden, der einen oder mehrere impulsförmige Scheitelströme aufweist, sowie einen Grundstrom, können beliebige andere Stromwellenformen verwendet werden, wenn sie eine Wellenform aufweisen, die die Werkstücke als Elektrode zum Schmelzen veranlaßt.

Die Spannungsdetektorschaltung, die die Spannung der Schweißlastschaltung in Einklang mit den Schweißlastbedingungen erfaßt, wie beispielsweise den Ausgangsspannungen der Lichtbogenschweißleistung- Versorgungseinheit und den Lichtbogenlängen, kann als Spannungsdetektorschaltung ausgebildet sein, die die Signalspannung erfaßt, die ein Maß für die Schweißbedingungen, wie beispielsweise die Lichtbogenlänge ist, anstatt der Ausgangsspannung der Lichtbogenschweißleistung-Versorgungseinheit.

Es wird ein spezifisches Ausführungsbeispiel einer Impulsschweißvorrichtung beschrieben, bei welcher eine Stromwellenformsteuerschaltung in Gestalt einer mikrocomputerisierten digitalen Schaltung vorgesehen ist, um schlechte Schweißergebnisse als Folge eines magnetischen Blasens, und Unterschneidungen oder Spritzer zu vermeiden, die mit äußeren Störungen am Schweißbrenner unter verschiedenen Schweiß- und Umgebungsbedingungen auf treten.

Claims (5)

1. Impulsschweißvorrichtung, in der ein Strom zum Schweißen eines Werkstückes (54) abwechselnd mit einem ersten Grundstrom und einem ersten Kurzschlußstrom an eine Schweißlast zur Durchführung eines Schweißvorgangs geliefert wird, mit

• - einer Schweißstromquelle zum Lichtbogenschweißen (10) zur Zuführung eines gewünschten Ausgangsstroms zur Schweißlasteinheit (5);
• - einer Spannungsdetektorschaltung (7) zur Erfassung der Ausgangsspannung der Schweißstromquelle (10);
• - einer mikrocomputerisierten digitalen Schaltung mit:
  • - einer Digital/Analog-Umsetzerschaltung (18) zur Ausgabe eines Spannungsignals entsprechend einem gewünschten Ausgangsstrom an die Schweißstromquelle (10),
  • - einer Datenspeicherschaltung (21) mit Mehrbit- Ausgangssignalleitungen, die mit Mehrbit- Eingangssignalleitungen der Digital/Analalog- Umsetzerschaltung (18) verbunden sind, und einer Zentraleinheit (CPU; 22), die über einen gemeinsamen Datenbus mit den Mehrbit- Eingangssignalleitungen der Datenspeicherschaltung (21) verbunden ist;
• - einer Glättungsschaltung (16) zur Aufnahme des Ausgangssignals der Spannungsdetektorschaltung (7);
• - einer Spannungseinstellschaltung (17) zur Einstellung einer gewünschten Ausgangsspannung an der Schweißstromquelle (10);
• - einer ersten Analog/Digital-Umsetzerschaltung (19) zur Aufnahme des Ausgangssignals der Spannungseinstellschaltung (17) und einer zweiten Analog-/Digital-Umsetzerschaltung (20) zur Aufnahme des Ausgangssignals der Glättungsschaltung (16); und
• - einer dritten Analog-Digital-Umsetzerschaltung (35), die den Ausgang der Spannungsdetektorschaltung (7) aufnimmt und die Mehrbit-Signalleitungen hat, die mit dem Datenbus verbunden sind;

wobei die Zentraleinheit (CPU; 22)

• - über den gemeinsamen Datenbus mit den Mehrbit- Ausgangssignalleitungen der ersten Analog/Digital- Umsetzerschaltung (19) und den Mehrbit- Ausgangssignalleitungen der zweiten Analog/Digital- Umsetzerschaltung (20) verbunden ist; und
• - so programmiert ist, daß sie, wenn die Schweißstromquelle (10) den ersten Grundstrom oder den ersten Kurzschlußstrom ausgibt, einen digitalen Datenwert V_FBA, der einer Durchschnittsausgangsspannung der Schweißstromquelle entspricht, mit einem digitalen Datenwert Vset vergleicht, der einer gewünschten Ausgangsspannung zu vorgegebenen Zeitintervallen entspricht, um den ersten Grundstrom oder den ersten Kurzschlußstrom aufrechtzuerhalten oder einen Schmelzstrom für die Werkstücke auszugeben;

dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (CPU; 22),

• - wenn die Schweißstromquelle (10) den ersten Grundstrom oder ersten Kurzschlußstrom ausgibt, in vorgegebenen Intervallen einen digitalen Datenwert V_FBM entsprechend der augenblicklichen Ausgangsspannung der Schweißstromquelle (10) mit einem digitalen Datenwert Vmax vergleicht, wobei Vmax ≧ Vset entsprechend einem vorgegebenen digitalen Datenwert Vset ist, um den ersten Grundstrom oder den ersten Kurzschlußstrom aufrechtzuerhalten, wenn V_FBM < Vmax ist; und
• - einen zweiten Grundstrom oder einen zweiten Kurzschlußstrom, der größer als der erste Grundstrom oder der erste Kurzschlußstrom ist, nur ausgibt, wenn V_FBM ≧ Vmax ist.

2. Impulsschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (CPU; 22) eine Einzelchip-Zentraleinheit ist, die erste und zweite Analog/Digital-Umsetzerschaltungen (19, 20) enthält.

3. Impulsschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (CPU; 22) eine Einzelchip-Zentraleinheit ist, die ein ROM enthält.

4. Impulsschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (CPU; 22) eine Einzelchip-Zentraleinheit ist, die erste und zweite Analog/Digital-Umsetzerschaltungen (19, 20) und das ROM enthält.

5. Impulsschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (CPU; 22) eine Einzelchip-Zentraleinheit ist, die die dritte Analog/Digital-Umsetzerschaltung (35) enthält.