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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen mit
abschmelzender Elektrode.
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Technologischer Hintergrund
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Zur
Durchführung
eines Schweißbetriebs mittels
eines Verfahrens zum Lichtbogenschweißen mit Schutzgas ist bisher
eine in 1 gezeigte Schweißvorrichtung
verwendet worden. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung kennzeichnet
Bezugszeichen 1 ein Grundmetall, 2 eine Schweißstromquelle, 3 einen
Schweißbrenner, 4 eine
Spitze des Schweißbrenners, 5 einen
Schweißdraht, 6 einen Schweißlichtbogen, 11 Drahtzuführrollen, 10 einen Motor
zum Antreiben der Drahtzuführrollen, 9 eine Drahtwickelspule, 7 einen
Arm eines einfachen Verfahrschlittens (nicht gezeigt), an dem der
Schweißbrenner 3 befestigt
ist, oder einen Arm eines Schweißroboters, und 8 ein Kabelrohr
zum Zuführen des
Drahtes 5 zum Schweißbrenner 3.
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Zur
Durchführung
eines Schweißbetriebs mittels
einer derartigen Schweißvorrichtung
wird als erstes eine geeignete Spannung von der Schweißstromquelle 2 angelegt.
Demzufolge tritt ein Schweißlichtbogen 6 zwischen
einem freien Ende des Schweißdrahtes 5 und
dem Grundmetall 1 auf und wird der Schweißdraht 5 geschmolzen,
wobei er ein in 2 gezeigtes
Tröpfchen 22 bildet.
Während dieser
Zeit kann der Schweißlichtbogen 6 zwischen dem
Grundmetall 1 und dem freien Ende des Schweißdrahtes 5 durch
Zuführen
des Schweißdrahtes 5 durch
Drehen der Drahtzuführrollen 11 mit
dem Motor 10 als eine Antriebskraftquelle in einem Maß, das ausreicht,
um zu bewirken, dass das Tröpfchen 22 auf
das Grundmetall 1 überführt wird,
stabil erzeugt werden.
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Somit
wird in dem Schweißbetrieb,
der bisher durchgeführt
worden ist, die Zuführgeschwindigkeit
des von der Spitze 4 an ein Schweißgebiet gelieferten Schweißdrahtes
so eingestellt, dass die Zuführgeschwindigkeit
jederzeit während
des Schweißbetriebs
konstant wird. Wenn zum Beispiel ein massiver Draht mit einem Durchmesser
von 1,2 mm als Schweißdraht 5 mit
einem beaufschlagten Schweißstrom
von 200 ~ 300 Ampere und mit einem Kohlendioxidgas als Schutzgas,
das mit 25 Litern/min zugeführt
wird, verwendet wird, wird die Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahtes 5 auf
einen konstanten Wert zwischen 5 ~ 12 m/min eingestellt.
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Andererseits
sieht der Zustand, der bei dem am freien Ende des Schweißdrahtes 5 ausgebildeten und
auf das Grundmaterial 1 überführten Tröpfchen 22 beobachtet
wird, bei dem zum Beispiel ein Kohlendioxidgas als ein Schutzgas
verwendet wird, wie in 2 gezeigt,
aus. Das Tröpfchen 22 beginnt nämlich damit,
dass es in einem in 2A gezeigten Stadium
gebildet wird, und wächst
mit der Zeit in Stadien der Reihe nach, wie sie in den 2B und 2C gezeigt sind.
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Wie
anhand von 2 verständlich wird, wird
in einem Stadium, in dem das Tröpfchen 22 beginnt,
sich zu bilden, und wächst,
das Tröpfchen 22 von
einer Lichtbogenkraft angehoben, da der Lichtbogen auf einer Unterseite
des Tröpfchens 22 auftritt. Somit
kann das Tröpfchen 22 nicht
leicht zum Grundmetall 1 überführt werden, d. h., dass das
Tröpfchen 22 wächst, bis
es in den in 2C gezeigten
Zustand übergeht.
Das Tröpfchen 22 wird
in einen vergrößerten Zustand
zum Grundmetall 1 überführt, als
ob es dorthin, wie in 2D gezeigt,
fliegt. Wenn das so überführte Tröpfchen 22 in
einem Schmelzbad im Grundmetall 1 aufgenommen wird, wandelt
es sich in ein geschmolzenes Metall um und trägt es zum Schweißen bei,
aber wenn das vergrößerte Tröpfchen 22 an
einer Position auftrifft, die sich vom Schmelzebad unterscheidet,
verwandelt es sich in einen Spritzer, der nicht zum Schweißen beiträgt.
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Somit
weist das verwandte Lichtbogenschweißen mit Schutzgas unter Verwendung
eines Kohlendioxidgases als Schutzgas die folgenden Unannehmlichkeiten
auf:
- (1) Da ein Tröpfchen 22, das vom
freien Ende eines Schweißdrahtes 5 auf
das Grundmetall 1 überführt wird,
groß anwächst, wird
das Tröpfchen 22 an
eine Position überführt, die
von einem Schmelzebad verschieden ist, und wandelt es sich in einigen
Fällen
in einen großen
Spritzer um.
- (2) Da die auftretenden Spritzer groß anwachsen, ist viel Zeit
notwendig, um die auf dem Grundmetall 1 aufgebrachten Spritzer
zu beseitigen. Außerdem
nimmt die Effizienz des Aufbringens von Tröpfchens von einem Schweißdraht 5 auf
ein Schweißgebiet
ab, wodurch die Schweißeffizienz vermindert
wird.
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Zur
Beseitigung dieser Unannehmlichkeiten sind die folgenden Maßnahmen
bei den Verfahren verwendet worden, die in dem offengelegten japanischen
Patent Nr.
229682 /1996 und offengelegten japanischen
Patent Nr.
85439 /1997 beschrieben sind.
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Das
offengelegte japanische Patent Nr.
229682 /1996
schlägt
ein Schweißverfahren
und eine Schweißvorrichtung
vor, die selten auf das Auftreten eines Spritzers stoßen und
eine hohe Schweißeffizienz
aufweisen sowie Variieren der Länge
eines Durchgangs für
einen Schweißdraht
in einem Schweißbrenner
durch Schwenken einer Drahtzuführdüse, die
in einem inneren Abschnitt des Schweißbrenners vorgesehen ist, durch
einen elektromagnetischen Effekt und Überführen eines Tröpfchens,
das an einem freien Ende des Schweißdrahtes auftritt, auf ein
Grundmetall in einer kurzschließenden
Weise durch Änderung
der Zuführgeschwindigkeit
des Schweißdrahtes,
der von der Spitze des Schweißbrenners
zu einem Schweißgebiet
ausgesandt wird, von einem vorab festgelegten Wert auf einen hohen
Wert für
einen Moment in einem geeigneten Zyklus enthält.
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Das
offengelegte japanische Patent Nr.
85439 /1997 schlägt ein Schweißverfahren
und eine Schweißvorrichtung
vor, die selten auf das Auftreten von Spritzern stoßen und
ermöglichen,
dass ein Tröpfchen,
das einen Hauptfaktor für
das Auftreten eines Spritzers bildet, auf ein Grundmetall regelmäßig und
zuverlässig
durch Variieren eines Schweißimpulsstroms
synchron mit der Änderung
der Zuführgeschwindigkeit
eines Schweißdrahtes,
die im offengelegten japanischen Patent Nr.
229682 /1996 vorgeschlagen
ist, von einem vorab festgelegten Wert auf einen hohen Wert für einen
Augenblick in einem geeigneten Zyklus überführbar ist.
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3 zeigt die Konstruktion
eines Schweißbrenners
der im offengelegten japanischen Patent Nr.
85439 /1997
beschriebenen Vorrichtung. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
bezeichnet ein Bezugszeichen
3 einen Schweißbrenner,
4 eine
Spitze,
5 einen Schweißdraht,
8 ein
Kabelrohr,
12 einen Grundabschnitt des Brenners,
13 ein
Schutzgaszuführrohr,
14 eine
Schutzgaseinblasöffnung,
15 eine Feder,
16 eine
Drahtzuführdüse,
17 ein
Spitzenfxierelement,
18A und
18B Magnetkerne,
19A und
19B elektromagnetische
Spulen,
20A,
20B Gleichspannungsgeneratoren und
21 eine Spannungsgeneratorregeleinheit.
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Wie
in
3 gezeigt, weist
in der im offengelegten japanischen Patent Nr.
85439 /1997
offenbarte Vorrichtung der Schweißbrenner
3 eine spezielle Konstruktion
auf und ist die Spannungsgeneratorregeleinheit 21 zum Schwenken
der Drahtzuführdüse
16,
die in einem inneren Abschnitt des Schweißbrenners
3 vorgesehen
ist, durch einen elektromagnetischen Effekt notwendig. Diese Vorrichtung
war kompliziert und teuer. Außerdem
kann die Zuführgeschwindigkeit
des Schweißdrahtes
5 nur
in einem begrenzten Bereich, der mit dem Schwenken der Drahtzuführdüse
16 im
inneren Abschnitt des Schweißbrenners
3 übereinstimmt,
variiert werden.
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In
der verwandten Schweißvorrichtung
werden die Techniken zur Unterdrückung
des Auftretens eines großen
Spritzers in einem Bereich (nicht höher als im wesentlichen 1,5
m/min) einer niedrigen Schweißgeschwindigkeit
erreicht. In einem Schweißbetrieb,
der bei einer Schweißgeschwindigkeit
von nicht weniger als im wesentlichen 2 m/min durchgeführt wird,
beträgt
jedoch der Schweißstrom
mindestens 300A ~ 400A, so dass die Drahtschmelzgeschwindigkeit
hoch wird, wodurch verursacht wird, dass eine große Menge
von Tröpfchen
gebildet und ein Lichtbogen instabil wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Merkmale der Präambel
des einzigen Anspruches sind aus der
EP-A-0 119 052 bekannt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges
Schweißverfahren
und eine einfache und kostengünstige
Vorrichtung bereitzustellen, die geeignet sind, um auftretende und streuende
Spritzer selbst während
eines Schweißbetriebs,
der bei einer Geschwindigkeit durchgeführt wird, die nicht niedriger
als im wesentlichen 2 m/min ist, extrem zu reduzieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des einzigen Anspruches
gelöst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist keine spezielle Struktur in der Schweißvorrichtung,
die beim Lichtbogenschweißen
mit abschmelzender Elektrode verwendet wird, notwendig und wird
das Schweißen
durchgeführt,
indem die Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
synchron mit dem Kurzschließen
oder der Beendigung des Kurzschließens reduziert oder erhöht wird.
Somit weist die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen etc.
auf:
- – Die
Schweißvorrichtung
ist einfach und kostengünstig.
- – Die
Beendigung des Kurzschließens
kann schnell durchgeführt
werden und Spritzer, die während
eines Schweißbetriebs
auftreten und sich verteilen, nehmen extrem ab.
- – Der
Schweißbetrieb
wird vom Kurzschließen
zur Bildung eines Lichtbogens schnell überführt, so dass die Unterbrechung
eines Lichtbogens verhindert werden kann.
- – Es
kann eine exzellente Schweißraupe
erzielt werden.
- – Selbst
bei einer Schweißgeschwindigkeit
von nicht weniger als 2 m/min wird ein Zustand mit stabiler Lichtbogenbildung
erzielt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Schemadiagramm
einer verwandten Schutzgasschweißvorrichtung;
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2 stellt den Zustand der Überführung eines
Tröpfchens
beim verwandten Schutzgasschweißen
dar;
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3 zeigt eine teilweise geschnittene
Vorderansicht, die die Konstruktion des im offengelegten japanischen
Patent Nr.
229682 /1996 und offengelegten japanischen
Patent Nr.
85439 /1997 offenbarten Schweißbrenners
zeigt;
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4 zeigt ein Diagramm, das
die Beziehung während
des Übergangs
eines Tröpfchens
der Schweißspannung,
des Schweißstroms
und der Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
in der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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5 zeigt ein Blockdiagramm,
das die Konstruktion der Schweißvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Bevorzugte Ausführung zur
Durchführung
der Erfindung
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Wenn,
wie in 4 zu sehen ist,
Kurzschließen,
das mit der Abnahme einer Spannung auf einen Wert, der niedriger
als ein vorab festgelegter Wert ist, detektiert wird, nimmt ein
Schweißstrom
nach dem Verstreichen einer vorab festgelegten Verzögerungszeit
zu, um das Kurzschließen
zu beenden. Wenn die Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
synchron mit der Detektion des Kurzschließens reduziert wird, sorgen
ein Fluss oder die Oberflächenspannung
eines geschmolzenen Metalls in einem Schmelzebad effektiv für das Entfernen
eines Tröpfchens
von einem freien Ende des Schweißdrahtes und fördern sie
die Beendigung des Kurzschließens.
Nachdem das Kurzschließen
beendet ist, wird die Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
erhöht,
um die Unterbrechung eines Lichtbogens, die dem Entfernen des Tröpfchens
vom Schweißdraht
zugeschrieben wird, zu verhindern und das Überführen des Schweißbetriebs
auf die Bildung des Lichtbogens und die Bildung eines Tröpfchens schnell
durchzuführen.
Wenn der Betrag S der Abnahme der Schweißdrahtzufuhr aufgrund der Abnahme
der Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
und der Betrag S' der
Zunahme der Schweißdrahtzufuhr
aufgrund des Erhöhens
der Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
dann gleichgesetzt werden, wird die Abscheidemenge im wesentlichen
konstant und wird eine exzellente Schweißraupe erzielt. Da das Kurzschließen aufgrund
nicht nur der Steuerung des Schweißstroms, die von der Schweißstromquelle 23 durchgeführt wird,
sondern auch der Steuerung der Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit schnell beendet wird,
wird das Auftreten von Spritzern auch unterdrückt.
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5 zeigt ein Blockdiagramm,
das die Konstruktion der Schweißvorrichtung
zeigt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung bezeichnet ein Bezugszeichen 23 eine
Schweißstromquelle,
24 eine Schweißbedingungseinstelleinrichtung, 25 eine
Schweißdrahtzuführeinheit, 26 eine
Einheit zum Erteilen von Instruktionen zum Zuführen des Schweißdrahtes, 27 eine Schweißgeschwindigkeiteinstelleinrichtung, 28 eine
Schweißbrennerverfahreinheit, 29 einen
Kurzschluss/Kurzschlussbeendigungsdetektor und 30 eine
Kurzschlusszeitspeichereinheit.
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Die
Einheit 26 erteilt eine Instruktion zum Zuführen des
Schweißdrahtes
an die Schweißdrahtzuführeinheit 25.
Die Schweißdrahtzuführeinheit 25 sendet
den Schweißdraht
zur Metallbasis auf der Grundlage der Schweißdrahtzuführinstruktion. Die Schweißbedingungseinstelleinrichtung 24 stellt
die Bedingungen für
die Durchführung
eines gewünschten
Schweißbetriebs
ein. Die Schweißgeschwindigkeitseinstelleinrichtung 27 stellt
eine Schweißgeschwindigkeit,
zum Beispiel im wesentlichen 2 m/min zur Durchführung eines gewünschten
Schweißbetriebs,
ein und die Schweißbrennerverfahreinheit 28 verfährt den
Schweißbrenner
gemäß der eingestellten
Schweißgeschwindigkeit,
wodurch ein Schweißbetrieb
durchgeführt
wird.
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Wenn
Kurzschließen
während
eines Schweißbetriebs
auftritt, wird die Tatsache auf der Grundlage von Information über eine
Schweißspannung,
etc. vom Kurzschluss/Kurzschlussbeendigungsdetektor 29 detektiert.
Wenn das Kurzschließen
detektiert wird, sendet der Kurzschluss/Kurzschlussbeendigungsdetektor 29 ein
Kurzschlussdetektionssignal an die Schweißstromquelle 23 und
an die Einheit 26 zum Erteilen einer Instruktion zum Einstellen
einer Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit und
Kurzschlusszeitspeichereinheit 30. Die Kurzschlusszeitspeichereinheit 30 beginnt
mit der Messung der Kurzschlusszeit und die Schweißstromquelle 23 erhöht den Schweißstrom nach
dem Verstreichen einer im Voraus festgelegten Verzögerungszeit, um
das Kurzschließen
zu beenden. Während
eines sehr schnellen Schweißbetriebs
mit einer Schweißgeschwindigkeit
von nicht weniger als 2 m/min wird die Rate, mit der der Schweißstrom erhöht wird,
auf 500 A/ms eingestellt, die mindestens 310 mal so hoch wie im
normalen Schweißbetrieb
ist. Somit wird die beim Beenden des Kurzschließens aufgewandte Zeit reduziert
und wird das Kurzschließen
beendet, ohne dass ein Tröpfchen
vergrößert wird.
Somit wird das Auftreten von großen Spritzern verhindert und wird
der Lichtbogen stabilisiert. Die Einheit 26 zum Erteilen einer Instruktion
zum Einstellen einer Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
sendet eine Instruktion zum Reduzieren der Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
an die Schweißdrahtzuführeinheit 25 entsprechend
einer vorab eingestellten Verzögerungsrate
und die Schweißdrahtzuführeinheit 25 führt den
Schweißdraht
dem Grundmetall entsprechend der Instruktion zur Reduzierung der
Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
zu. Wenn das Kurzschließen
beendet ist, detektiert der Kurzschluss/Kurzschlussbeendigungsdetektor 29 die
Beendigung des Kurzschließens
auf der Grundlage von Informationen über die Schweißspannung,
etc. und sendet er ein Kurzschlussbeendigungsdetektionssignal an
die Schweißstromquelle 23 und
Einheit 26 zum Erteilen einer Instruktion zum Einstellen
einer Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
und Kurzschlusszeitspeichereinheit 30. Die Kurzschlusszeitspeichereinheit 30 beendet
die Messung der Kurzschlusszeit, speichert die Kurzschlusszeit und
sendet die Kurzschlusszeit an die Einheit 26 zum Erteilen einer
Instruktion zum Einstellen einer Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit. Wenn die
Kurzschlusszeit so in der Kurzschlusszeitspeichereinheit 30 gemessen
wird, kann der Betrag S der Abnahme der Schweißdrahtzufuhr und der Betrag
S' der Zunahme der
Schweißdrahtzufuhr
gleich eingestellt werden.
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Wenn
die Schweißstromquelle 23 damit
aufhört,
eine der Kurzschlusszeit entsprechende Spannung zu liefern, um den
Auftritt eines Lichtbogens zu bewirken, nimmt der Schweißstrom ab
und sendet die Einheit 26 zum Erteilen einer Instruktion zum Einstellen
der Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
eine Instruktion zum Erhöhen
der Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
an die Schweißdrahtzuführeinheit 25 entsprechend
einer vorab festgelegten Beschleunigungsrate und der dorthin gesendeten
Kurzschlusszeit. Die Schweißdrahtzuführeinheit 25 sendet
den Schweißdraht
zum Grundmetall entsprechend der Instruktion zum Erhöhen der
Geschwindigkeit.
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Wenn
der Schweißdrahtzuführmotor
und der Schweißbrenner
zum Beispiel durch ein Rohr verbunden sind, windet sich der Schweißdraht in
einem inneren Abschnitt des Rohres und erfolgen Reaktionen, die
durchzuführen
sind, wenn die Schweißdrahtzuführgeschwindigkeit
erhöht
oder erniedrigt wird, in einigen Fällen mit Verzögerung.
Wenn der Schweißdrahtzuführmotor
somit am Brennerabschnitt mit einem verminderten Abstand zwischen
dem Motor und Lichtbogen vorgesehen ist, können somit Reaktionen auf zwischen
dem Motor und Lichtbogen vorgesehen ist, können somit Reaktionen auf Instruktionen
zum Erhöhen
und Erniedrigen der Drahtzuführgeschwindigkeit
früher
erfolgen.
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Wie
oben beschrieben, kann die Schweißvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Lichtbogenschweißbetrieb mit abschmelzender
Elektrode durchführen,
der synchron mit dem Auftreten von Kurzschließen, einfach und kostengünstig ist, ohne
eine spezielle Struktur zu erfordern, und das Auftreten von Spritzern
selbst bei einem Schweißbetrieb
mit hoher Geschwindigkeit von 2 m/min unterdrückt.
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Gewerblich Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann auf dem Gebiet des Lichtbogenschweißens verwendet
werden.