CH621724A5

CH621724A5 -

Info

Publication number: CH621724A5
Application number: CH1015477A
Authority: CH
Inventors: Gerassimos Dracopoulos; Walter Dipl Ing Kunz
Original assignee: Oerlikon Buehrle Schweisstech
Priority date: 1977-08-18
Filing date: 1977-08-18
Publication date: 1981-02-27
Also published as: PT68401A; ATA541078A; IN149947B; AT369684B; GB2002667B; DE2834774A1; NL7808483A; AU3878578A; NO782792L; FR2400408B1; GB2002667A; ZA784521B; BE869633A; IT7826678A0; DK363678A; SE7808262L; ES472519A1; AU520660B2; FI782505A7; FR2400408A1

Description

Die Erfindung hat die Aufgabe, nicht nur den Nachteil der bekannten Verfahren zu beseitigen, sondern darüber hinaus eindeutige Zündverhältnisse für den Lichtbogen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren in der Weise gelöst, dass der Lichtbogen zyklisch in folgende drei Zustände gesteuert wird:

a) in eine Startphase, während der die Spannung des Lichtbogens und die Fördergeschwindigkeit der Elektrode auf einen ersten Wert erhöht werden, so dass der Schweissstrom auf einen gewünschten hohen Wert ansteigt;

b) in eine anschliessende Schweissphase, während der der Lichtbogen einen Grundstromanteil und Impulsstromanteil enthält und die Schweissspannung und Fördergeschwindigkeit der Elektrode und somit der Schweissstrom konstant gesteuert werden;

c) in eine anschliessende Abkühlungsphase, während der die Fördergeschwindigkeit der Elektrode auf einen zweiten Wert verkleinert wird, und der Impulsstromanteil des Lichtbogens abgeschaltet und der Grundstromanteil des Lichtbogens auf ein Minimum reduziert werden, so dass die Ionisation der Lichtbogensäule nicht unterbrochen wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein durch einen Frequenzgeber gesteuerter Steuerkreis vorgesehen ist, welcher Steuerkreis den zeitlichen Ablauf der Startphase, der Schweissphase und der Abkühlungsphase in jedem Zyklus steuert und einen Grundstromkreis, einen Impulsstromkreis und ein Drahtvorschubgerät synchron zueinander betätigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm des erfindungsgemässen Schweissverfahrens,

Fig. 2 ein Beispiel einer Schaltungsanordnung für die Durchführung des Verfahrens der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt in ihrem oberen Teil die Fördergeschwindigkeit Vd in m/min der Drahtelektrode in Richtung Schweissbad. Der mittlere Teil der Fig. 1 zeigt den Schweissstrom Is in Ampere. Der untere Teil der Fig. 1 zeigt die Schweissspannung Us in Volt. Alle drei Abbildungen haben die gleiche Abhängigkeit von der Zeit t, welche auf den Abszissen eingetragen worden ist. Die Fig. 1 wurde während des Schweissens mittels eines Oszillographen aufgenommen. Die Zeitablenkung des Oszillographen beträgt 50 mm/sek. Die Fig. 1 zeigt zwei ganze Zyklen. Jeder Zyklus besteht aus einer Startphase 1, einer Schweissphase 2 und einer Abkühlungsphase 3. Zur besseren Darstellung dieser Verhältnisse sind die einzelnen Phasen mit durchgehenden vertikalen Strichen gekennzeichnet. Mit der in Fig. 2 noch näher zu diskutierenden Vorrichtung ergibt sich das Schweissverfahren gemäss Fig. 1. Im folgenden wird der Schweissvorgang nach Fig. 1 beschrieben. Der Lichtbogen wird gezündet, indem die Bedienungsperson mit der Elektrode das zu verschweissende Gut in bekannter Weise berührt. Dieser Vorgang ist aus Fig. 1 nicht ersichtlich, da nur ein zeitlicher Ausschnitt während dem stationären Schweissen gezeigt wird. Nun beginnt die zyklische Steuerung. Während der Startphase 1 wird die Fördergeschwindigkeit vd von 0 auf 3,6 m/min erhöht. Gleichzeitig wird die mittlere Schweissspannung von ungefähr 16 v auf ca. 22 V erhöht, so dass eine Erhöhung des mittleren Schweissstromes von ungefähr 30 A auf ca. 100 A sich ergibt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Lichtbogen bereits vor Beginn der Startphase 1 brannte. Der Startphase 1 schliesst sich sofort die Schweissphase 2 an, während der die Fördergeschwindigkeit Vd und die mittlere Schweissspannung Us konstant blei-

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ben. Dies ergibt auch einen konstanten mittleren Schweissstrom Is. Die Schweissspannung setzt sich aus einem Grundspannungsanteil und einem Impulsspannungsanteil zusammen. Dies ist in der Fig. 1, unteres Bild, gut dargestellt. Desgleichen hat der Schweissstrom Is einen Grundstromanteil 5 und einen Impulsstromanteil. Der Schweissphase 2 schliesst sich die sogenannte Abkühlungsphase 3 an. In dieser Abkühlungsphase reduziert sich die Fördergeschwindigkeit Vd der Drahtelektrode auf 0 m/min. Ausserdem wird die mittlere Schweissspannung Us auf einen minimalen Grenzwert von 10 ungefähr 16 V reduziert. Der Impulsanteil der Schweissspannung ist nicht mehr vorhanden. Es liegt nur noch der Grundspannungsanteil vor. Dies bedeutet, dass nur noch der Grundstromanteil des Schweissstromes den Lichtbogen, auf ein Minimum reduziert, weiterbrennen lässt. Hierdurch wird die Ioni- 15 sation der Lichtbogensäule aufrecht erhalten. Dieser Abkühlungsphase 3 des einen Zyklus schliesst sich sofort die Startphase 1 des nächsten Zyklus an. Die Zyklen wiederholen sich mit einer Frequenz von 6 bis 0,4 Hz. Demzufolge beträgt die Zeitdauer für die Startphase 1 und die Schweissphase 2, 280 20 und 2000 ms. Die zeitliche Dauer der Abkühlungsphase liegt in der Grössenordnung von 50 bis 500 ms. Die angegebenen Zeiten können selbstverständlich in einem noch grösseren Bereich variiert werden. Dies hängt von den einzelnen Bedingungen des Schweissvorganges ab. 25

Die Vorrichtung in der Fig. 2 besteht im wesentlichen aus einer MIG-Impulsstromquelle 4. In dieser Impulsstromquelle befindet sich ein Stromkreis 5 für den Grundstromanteil des Schweissstromes Is und ein Impulsstromkreis 6 für den impuls-förmigen Anteil des Schweissstromes Is. Die Stromversorgung 30 aus einem Versorgungsnetz sowie die Zuführung von Schutzgas für die MIG-Impulsstromquelle sind durch den Pfeil 7

dargestellt. Die Impulsstromquelle 4 versorgt den Brenner 8 mit dem notwendigen Schweissstrom, der notwendigen Menge an Schutzgas über die mittels der Pfeile 9 und 91 symbolisierten Leitungen. Diese Leitungen sind in der Praxis am Drahtvorschubgerät 10 angeschlossen. Im Drahtvorschubgerät befindet sich die drahtförmige Schweisselektrode, welche in einer Länge von ca. 100 m auf eine Trommel aufgewickelt ist. Von dieser Rolle wird die Drahtelektrode abgewickelt und durch eine besondere Vorrichtung zum Brenner 8 transportiert. Im Drahtvorschubgerät 10 ist ein entsprechender elektrischer bzw. pneumatischer oder hydraulischer Antriebsmotor vorgesehen. Die Steuerung 11 steuert den Grundstromkreis 5. Der Impulsstromkreis 6 wird durch die Steuerung 12 gesteuert. Das Drahtvorschubgerät 10 wird durch die Steuerung 13 gesteuert. Die drei Steuerungen 11, 12, 13 erhalten ihre Steuerbefehle vom Steuerkreis 14, welcher den zeitlichen Ablauf für jeden Schweisszyklus steuert. Dieser Zyklus ist in der Fig. 1 als Startphase 1, als Schweissphase 2 und als Abkühlungsphase 3 dargestellt. Diesem Steuerkreis 14 ist der Frequenzgeber 15 vorgeschaltet. Der Frequenzgeber gibt mittels Spannungssignale auf den Steuerkreis 14 die vorgegebene Frequenz der Zyklen an. Eine Handeingabe 16 ist vorgesehen, mit deren Hilfe eine Bedienungsperson die gewünschte Frequenz der Zyklen eingibt. Dies gilt jedoch nur für den Fall,

dass das erfindungsgemässe Schweissverfahren mit Hand durchgeführt wird. Bei Durchführung des erfindungsgemässen Schweissverfahrens mit einem Schweissautomaten wird die Handeingabe 16 unterbrochen und dafür am nächsten Eingang 17 des Frequenzgebers 15 die Steuervorrichtung des Schweissautomaten angeschlossen. Diese Steuervorrichtung gibt die gewünschte Frequenz der Schweisszyklen in den Frequenzgeber ein.

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1 Blatt Zeichungen

Claims

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1. MIG-Schweissverfahren zum Zwangslagenschw eissen hochlegierter Stähle, wobei der Lichtbogen einen Gleichspannungsanteil und einen Impulsspannungsanteil enthält und die Fördergeschwindigkeit der Elektrode in Richtung Schweissbad verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen zyklisch in folgende drei Zustände (1, 2, 3) gesteuert wird:

a) in eine Startphase (1), während der die Spannung des Lichtbogens und die Fördergeschwindigkeit der Elektrode auf einen ersten Wert erhöht werden, so dass der Schweiss-strom auf einen gewünschten hohen Wert ansteigt;

b) in eine anschliessende Schweissphase (2), während der der Lichtbogen einen Grundstromanteil und Impulsstromanteil enthält und die Schweissspannung und Fördergeschwindigkeit der Elektrode und somit der Schweissstrom konstant gesteuert werden;

c) in eine anschliessende Abkühlungsphase (3), während der die Fördergeschwindigkeit der Elektrode auf einen zweiten Wert verkleinert wird und der Impulsstromanteil des Lichtbogens abgeschaltet und der Grundstromanteil des Lichtbogens auf ein Minimum reduziert werden, so dass die Ionisation der Lichtbogensäule nicht unterbrochen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Schweissverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch einen Frequenzgeber (15) gesteuerter Steuerkreis (14) vorgesehen ist, welcher Steuerkreis den zeitlichen Ablauf der Startphase (1), der Schweissphase (2) und der Abkühlungsphase (3) in jedem Zyklus steuert und einen Grundstromkreis (5), einen Impulsstromkreis (6) und ein Drahtvorschubgerät (10) synchron zueinander betätigt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Ablauf der Startphase (1) und der Schweissphase (2) im Bereich von 280 bis 2000 ms liegt und der zeitliche Ablauf der Abkühlungsphase im Bereich von 50 bis 500 ms vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Schweisszyklen im Bereich von 3 bis 0,4 Hz liegt.

Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft ein MIG-Schweissverfahren zum Zwangslagenschweissen hochlegierter Stähle, wobei der Lichtbogen einen Gleichspannungsanteil und einen Impulsspannungsanteil enthält und die Fördergeschwindigkeit der Elektrode in Richtung Schweissbad verändert wird. Bekannt ist das schon fast klassische MIG-Impulslichtbogen-schweissen, bei welchem die relativ niedrige, dem Lichtbogen zugeführte Grundleistung durch kurze intensive Leistungsimpulse überlagert wird, was zu einer erzwungenen Ablösung feiner Tropfen von der drahtförmigen Elektrode führt. Die so auf einer tiefen mittleren Leistung durchgeführte Schweis-sung ermöglicht es, das Verhältnis Elektrodendurchmesser zu Werkstoffstärke gegenüber dem MIG-Lichtbogenschweis-sen zu erhöhen. Dieser Vorteil wird vor allem bei der Dünn-blechschweissung ausgenutzt. Zudem hat sich die erzwungene Tropfenablösung als günstig für die Zwangslagenschweissung erwiesen. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist zum Beispiel in der US-PS 3 568 032 näher beschrieben. Dies genügt aber beispielsweise beim Senkrechtschweissen eines hochlegierten Chrom-Nickelstahls nicht, um eine saubere, gleichmässige Schweissnaht zu erzeugen. Die bekannt schlechte Wärmeleitfähigkeit dieses Materials führt zu einem Wärmestau in der Schweisszone. Das dünnflüssige Schweissbad drängt durch die Einwirkung der Schwerkraft nach unten und erstarrt in groben Tropfen, was zu einer qualitativ ungenügenden Schweissraupe führt. Die so erzeugte Naht ist kaum druck- oder vakuumdicht und hat eine unansehnliche Oberfläche.