DE3852964T2 - Lichtbogenschweissmaschine mit abschmelzender Elektrode. - Google Patents

Lichtbogenschweissmaschine mit abschmelzender Elektrode.

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Description

    TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtbogenschweißmaschine mit Abbrandelektrode und insbesondere eine Lichtbogenschweißmaschine, in welcher ein eine Abbrandelektrode darstellender Schweißdraht automatisch einem Grundelement Zugeliefert wird und Drahttröpfchen auf das Grundelement übertragen werden, welches ein geschweißtes Element darstellt, was eine Aufgabe des Schweißens mit einem verringerten Ausmaß der Spritzerbildung zum zeitpunkt des Schweißvorganges bildet.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Der herkömmliche Impuls-MIG-Schweißvorgang, bei welchem zur Übertragung auf das Grundmetall das geschmolzene Drahtmetall sicher auf Sprühzustand reduziert wird, indem ein Impulsstrom an dieses angelegt wird, hat verschiedene Eigenschaften, die sich von dem sogenannten herkömmlichen MIG-Schweißvorgang unter Verwendung eines konstanten Gleichstromes unterscheiden. Einer der großen Unterschiede zwischen den Eigenschaften dieser beiden Schweißverfahren ist, daß dann, wenn die abgegebene Schweißleistung ein niedriger Strom ist, der Schweißvorgang durch Wiederholen von Kurzschluß und Lichtbogen wechselweise im MIG-Schweißverfahren durchgeführt wird, während das geschmolzene Drahtmetall auf das Grundmetall in Sprühform beim Impuls-MIG-Schweißverfahren übertragen werden kann. Die Übertragung in Sprühform hat im Vergleich mit dem Schweißen durch Kurzschlußtransfer ein herausragendes Merkmal hinsichtlich der Erzeugung von Spritzern. Das Schweißen durch Sprühtransfer verursacht nämlich wesentlich weniger Spritzer als das Schweißen durch Kurzschlußtransfer. Dies ist einer der großen Vorteile des Impuls-MIG-Schweißverfahrens. Bei dem Impuls-MIG-Schweißverfahren besteht jedoch die Tendenz, daß dann, wenn die Lichtbogenspannung auf einen zu niedrigen Pegel eingestellt ist und die Lichtbogenlänge zu kurz eingestellt ist, zwischen dem Elektrodendraht und dem Grundmetall ein Kurzschluß auftritt. Bei dem Verfahren verursacht jedoch eine übermäßig niedrige Spannungseinstellung eine erhöhte Anzahl von Kurzschlüssen, was oftmals in unerwünschter Weise zu ebenso viel Spritzern wie bei dem gewöhnlichen MIG-Schweißverfahren führt.
  • Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die das Ausmaß der Spritzererzeugung gegen die Lichtbogenspannung, die an einer herkömmlichen Impuls-MIG-Schweißmaschine gemessen wurde, aufgetragen zeigt. Wie Fig. 1 zeigt, liegt der plötzliche Anstieg der Spritzererzeugung mit dem Absenken der Lichtbogenspannung in der Tatsache begründet, daß der Impulsstrom in zeitgebungen zugeführt wird, die innerhalb der Schweißmaschine eingestellt sind, unabhängig davon, ob der Draht mit dem Grundmetall kurzgeschlossen ist oder der Lichtbogen außer Kontakt mit diesem erzeugt wird, d.h. unabhängig von der Bedingung der Schweißzone in dieser Hinsicht. Dieser Punkt wird nachfolgend im Detail erläutert.
  • Bei der herkömmlichen Impuls-MIG-Schweißmaschine wird, wie vorstehend beschrieben, ein Impulsstrom in einer zeitgebung zugeführt, die innerhalb der Schweißmaschine eingestellt ist, unabhängig von den Bedingungen der Schweißzone, und daher werden mehr Spritzer durch Kurzschlußtransfer erzeugt, wenn die Lichtbogenspannung auf einen zu niedrigen Pegel eingestellt ist, d.h., wenn das vordere Ende des Schweißdrahtes mit dem Grundmetall in Kontakt ist, wodurch die Möglichkeit erhöht wird, daß das Schmelzkügelchen am vorderen Ende des Drahtes auf das Grundmetall durch einen Pincheffekt bedingt durch den Kontaktkurzschlußstrom oder die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalles übertragen wird, aber nicht, wenn das vordere Ende des Schweißdrahtes außer Kontakt mit dem Grundmetall ist und alle geschmolzenen Metallkügelchen am vorderen Ende des Drahtes auf das Grundmetall in Sprühform im sogenannten Sprühtransfer übertragen werden. Die Lichtbogenspannung wird auf einen niedrigen Pegel eingestellt, um einen solchen Schweißfehler, wie z.B. eine Einbrandkerbe, bei einer erhöhten Schweißgeschwindigkeit zu verhindern. Mit der Verringerung der Schweißspannung wird jedoch eine große Menge von Spritzern erzeugt, wodurch in nachteiliger Weise der Vorteil des andernfalls geringe Spritzer aus lösenden Impuls-MIG- Schweißverfahrens beeinflußt wird. Insbesondere wird die Spritzererzeugung weiter durch das Anlegen des Impulsstromes ohne Berücksichtigung der Bedingungen der Schweißzone gefördert. Diese Tatsache wird unter Bezug auf Fig. 2 erläutert.
  • Fig. 2a und 2b zeigen eine Veränderung der Schweißstromwellenforin über die Zeit gegen die Tröpfchenübertragung zur Schweißzone über die Zeit bei einer herkömmlichen Impuls-MIG- Schweißmaschine mit einer Lichtbogenspannung, die auf einen derart niedrigen Pegel eingestellt ist, daß Kurzschlußtransfer gelegentlich auftritt. In Fig. 2 bezeichnet Bezugszeichen 9 einen Schweißdraht, Bezugszeichen 10 ein Grundmetall, Bezugszeichen 91 einen Schweißlichtbogen und Bezugszeichen 92 Spritzer. Fig. 2a zeigt einen Fall, in welchem der nächste Impulsstrom angelegt wird, während sich der Schweißdraht 9 in Kurzschlußkontakt mit dem Grundmetall befindet. In diesem Fall wird das geschmolzene Metall von dem Kurzschluß unter Verteilung der Spritzer 92 am Zeitpunkt t&sub6; unter einem starken Pincheffekt des Impulsstromes freigegeben. In dem Fall von Fig. 2b, in dem der Kurzschluß an einem Zeitpunkt t&sub5; unmittelbar vor dem nächsten Anlegen des Impulsstromes eliminiert wird, wird andererseits der nächste Impulsstrom angelegt, bevor der geschmolzene Teil des vorderen Endes des Schweißdrahtes und das geschmolzene Metall, das übertragen wurde, in Nadelform gebracht werden, und daher verursacht der Impulsstrom beträchtliche Spritzer 92 zum Zeitpunkt t&sub6;.
  • Das Vor stehende ist die Beschreibung des Standes des Technik bezüglich des Impuls-MIG-Schweißverfahrens und der Grund, warum die Spritzer zunehmen, wenn die Lichtbogenspannung bei herkömmlichen Impuls-MIG-Schweißmaschinen auf einen zu niedrigen Pegel eingestellt wird.
  • Im Hinblick auf die Beseitigung des Problems, daß Spritzer stark zunehmen, wenn die Lichtbogenspannung in herkömmlichen Impuls-MIG-Schweißmaschinen auf einen zu niedrigen Pegel eingestellt wird, wurde ein Verfahren nach dem Stand der Technik vorgeschlagen, wie z.B. das durch das U.S.P. 4,697,062 aufgezeigte.
  • Der wesentliche Punkt der Erfindung dieses als Referenzmaterial dienenden Standes der Technik zur Lösung des Problems der massiven Spritzererzeugung zum Zeitpunkt eines Betriebes mit niedriger Lichtbogenspannung einer herkömmlichen Impuls- MIG-Schweißmaschine liegt darin, daß dann, wenn eine Kurz schlußbedingung zwischen dem Elektrodendraht und dem Grundmetall während der Anstiegszeit eines pulsierenden Schweißstromes vorliegt, das Ansteigen des Impulsstromes bei der Wiederherstellung eines Lichtbogens, nachdem der Kurzschlußzustand aus irgendeinem Grund beendet wurde, begonnen wird, und ein Merkmal dieser Erfindung liegt darin, daß das Anlegen eines nächsten Impulsstromes zurückgestellt wird, bis der Kurz schlußzustand zwischen dem Elektrodendraht und dem Grundmetall beendet ist.
  • Die Impuls-Lichtbogenschweißmaschine geinäß diesem Referenzmaterial nach dem Stand der Technik mag einen funktionellen Effekt in einem gewissen Ausmaß haben, bevor ein bestimmter niedriger Lichtbogenspannungswert erreicht ist. Wenn jedoch der Lichtbogenspannungswert weiter reduziert wird, kann der Kurzschlußzustand zwischen dem Elektrodendraht und dem Grundmetall nicht für immer beendet werden. Das hat zur Folge, daß veranlasst wird, daß das Anlegen eines nächsten Impulsstromes gestoppt wird, was schließlich einen Elektrodendrahtfehler, wie z.B. Anschweißen, entstehen läßt. Um das Auftreten eines derartigen unerwünschten Zustandes zu verhindern, gibt Anspruch 5 dieses als Referenz dienenden Standes der Technik an, daß eine Hemmeinrichtung, die zur Hemmung des Anlegens eines nachfolgenden Impulsstromes wirkt, wenn der Schweiß- (Elektroden-)Draht und das Grundmetall miteinander in Kurzschlußzustand befindlich sind, ihren Hemmvorgang nicht länger als eine vorbestimmte maximale Hemmperiode durchführt. Somit beabsichtigt die Erfindung nach diesem als Referenzmaterial dienenden Stand der Technik, dem Verhindern des Auftretens eines Schweißfehlers Vorrang vor der Verhinderung der Erzeugung eines Spritzers einzuräumen. Wie vorstehend beschrieben, befindet sich der Stand der Technik auf einer Ebene, die in der Technik der Reduzierung der Erzeugung eines Spritzers bei Impuls-MIG-Schweißmaschinen eingeschränkt ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme von herkömmlichen Impuls-MIG-Schweißmaschinen zu vermeiden und eine Lichtbogenschweißmaschine zu schaffen, die auch unter einer niedrigen Lichtbogenspannungseinstellung mit einer erhöhten Schweißgeschwindigkeit, bei der gelegentliche Kurzschlußtransfers vorkommen, von weniger Spritzern begleitet ist.
  • Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Lichtbogenschweißmaschine geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Kontaktkurzschluß nicht mehr als eine vorbestimmte erste Zeitdauer dauert, die Impulsstromabgabe mit dem Basisstrom in einer Basisimpulsperiode abgewechselt wird, und dann, wenn der Kontaktkurzschluß über die erste Zeitdauer hinaus andauert, der Schweißleistungsimpulsstrom während des nachfolgenden Kontaktkurzschlußprozesses einer Konstantstromsteuerung entlang einer vorbestimmten ersten Spur mit einer Geschwindigkeit unterzogen wird, die nicht höher ist als das Ansteigen des Impulsstromes. Ferner beginnt dann, wenn ein Lichtbogen nach dem Kontaktkurzschluß über die erste Zeitdauer hinaus wiederhergestellt wird, die Zählung einer zweiten Zeitdauer vom Startpunkt der Wiederherstellung des Lichtbogens, während zur selben Zeit eine dritte Schweißleistungssteuerung bewirkt wird, die von dem Impulsstrom oder Basisstrom innerhalb der zweiten Zeitdauer verschieden ist, wonach der Betrieb innerhalb der Basisimpulsperiode wiederhergestellt wird. Zu diesem Zweck umfaßt die Lichtbogenschweißmaschine gemäß vorliegender Erfindung eine Lichtbogen-/Kurzschluß-Entscheidungsschaltung zum Entscheiden, ob ein eine Abbrandelektrode bildender Schweißdraht in Kontakt mit einem Grundmetall zur Schweißung kurzgeschlossen ist oder einen Lichtbogen außer Kontakt mit dem Grundmetall erzeugt, und zur Erzeugung eines Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignals, eine Dip- Impulssteuerschaltung, an die das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal als ein Eingangssignal zu dieser angelegt wird, um eine Impulslichtbogenschweißwellenform zu bestimmen, um den Impulsstrom und den Basisstrom durch Zeitteilung innerhalb der dritten Zeitdauer zu erzeugen, welche die Basisimpulsperiode für den Sprühtransfer des Schweißdrahtes in dem Fall darstellt, in welchem der Kontaktkurzschluß innerhalb der vorbestimmten ersten Zeitdauer auftritt, und zum Bestimmen einer Kurzschlußtransferschweißwellenform, um den Kurzschlußtransfer des Schweißdrahtes von dem Ende der ersten Zeitdauer in dem Fall, in dem der Kontaktkurzschluß über die erste Zeitdauer hinaus auftritt, zu bewirken, wobei die Dip- Impulssteuerschaltung nach der Lichtbogenerzeugung bei der Beendigung des Kontaktkurzschlusses ein Wellenformumschaltsignal erzeugt, welches fortfährt, die Kurzschlußtransferschweißwellenform zu bestimmen, bis die zweite Zeitdauer verstrichen ist, und ein Impulssynchronisierungssignal, das eine Startzeit des Anlegens eines Impulsstromes für das Impulslichtbogenschweißen bestimmt, eine Impulswellenformschaltung, an die das Impulssynchronisierungssignal als ein Eingangssignal zur Erzeugung eines Impulssteuersignals, das durch den Impulsstrom und den Basisstrom innerhalb der dritten Zeitdauer zeitgeteilt ist, angelegt wird, eine Dip-Wellenformschaltung, an die das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal als ein Eingangssignal zur Erzeugung eines Dip-Steuersignals angelegt wird, welches eine Konstantstromschweißleistung entlang einer vorbestimmten ersten Spur bestimmt, mit einer Geschwindigkeit, die nicht höher ist als das Ansteigen des Impulsstromes während des Kontaktkurzschlusses, und eine dritte Schweißleistungssteuerung bestimmt, die sowohl von dem Basisstrom als auch dem Impulsstrom während der Lichtbogenerzeugung nach der Lichtbogenwiederherstellung verschieden ist, und eine Schalteinrichtung, an die das Wellenformumschaltsignal angelegt wird, um das Impulssteuersignal oder das Dip- Steuersignal selektiv an eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Schweißleistungssteuereinrichtung anzulegen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Diagramm, das das Ausmaß der erzeugten Spritzer gegen eine Lichtbogenspannung in herkömmlichen Impuls- MIG-Schweißmaschinen aufgetragen zeigt.
  • Fig. 2 ist ein Diagramm, das die chronologischen Veränderungen in der Schweißstromwellenform gegen die Bedingungen von geschmolzenen Tröpfchen bei der herkömmlichen Impuls-MIG- Schweißmaschine aufgetragen zeigt.
  • Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Lichtbogenschweißmaschine, die gemäß vorliegender Erfindung konfiguriert ist.
  • Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm von Signalen, die von den wesentlichen Teilen der in Fig. 3 eingeschlossenen Verbindung erzeugt werden.
  • Fig. 5 ist ein Diagramm, das speziell eine Dip-Impulssteuerschaltung einer Lichtbogenschweißmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 6 ist ein Diagramm, das einen Funktionsverknüpfungswert des in Fig. 5 gezeigten Flip-Flop-IC darstellt.
  • Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm von Signalen, die von den in Fig. 5 eingeschlossenen wesentlichen Teilen erzeugt werden.
  • Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Daten zur Spritzererzeugung gemäß der Erfindung in die Daten von herkömmlichen Lichtbogenschweißmaschinen eingebunden darstellt.
  • Fig. 9 ist ein Diagramm, das die chronologischen Veränderungen der Schweißleistungswellenform und der Tröpfchenübertragung bei herkömmlichen Kurzschlußtransferschweißmaschinen zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Eingangsanschluß einer Lichtbogenschweißmaschine, Bezugszeichen 2 einen Transformator, Bezugszeichen 3 eine Gleichricht-Glättungsschaltung, Bezugszeichen 4 eine Schweißleistungssteuereinrichtung, Bezugszeichen 5 einen Reaktor, Bezugszeichen 6 einen Stromteiler, Bezugszeichen 7 einen Ausgangsanschluß, Bezugszeichen 8 einen Erregerkontaktchip, Bezugszeichen 9 einen Schweißdraht, Bezugszeichen 10 ein Grundmetall, Bezugszeichen 11 eine Schweißstromerfassungsschaltung und Bezugszeichen 12 eine Schweißspannungserfassungsschaltung.
  • Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungsschaltung zum Erzeugen eines Lichtbogen-Kurzschluß- Entscheidungssignals VAS. Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Dip-Impulssteuerschaltung zum Erzeugen eines Impulssynchronisierungssignals Vtp und eines Wellenformumschaltsignals VF2.
  • Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Impulswellenformschaltung zum Erzeugen eines Impulssteuersignals Vp. Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Dip-Wellenformschaltung zur Erzeugung eines Dip-Steuersignals Vd. Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Schalteinrichtung zum Auswählen und Erzeugen des Impulssteuersignals Vp oder des Dip-Steuersignals Vd als ein Ansteuersignal VQ in Abhängigkeit von dem "hoch" oder "niedrig" Zustand des Wellenformumschaltsignals. Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung der Schweiß leistungssteuereinrichtung 4 ansprechend auf das Ansteuersignal VQ. In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen Ia einen Schweiß strom und Bezugszeichen Va eine Schweißspannung.
  • Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das eine chronologische Veränderung jedes Signals und jeder Ausgangsleistung, die in Fig. 1 gezeigt sind, darstellt, und die Symbole in den Überschriften der Wellenformen in Fig. 4 entsprechen jeweils den Signalen und Ausgangsleistungen derselben Symbole, die in Fig. 3 gezeigt sind.
  • Die in Fig. 4 gezeigte Periode T&sub1; ist diejenige, während welcher der Kontaktkurzschluß nicht innerhalb der dritten Zeitdauer auftritt, wenn die Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungsschaltung 13 fortfährt, ein "hohes" Lichtbogen-Kurzschluß- Entscheidungssignal VAS zu erzeugen, welches die Lichtbogenerzeugung anzeigt. Das hat zur Folge, daß die Dip-Impulssteuerschaltung 14 das Wellenformumschaltsignal VF2 erzeugt, welches auf einem "niedrigen" Pegel gehalten wird, was den Impulsschweißmodus anzeigt, während zur gleichen Zeit das Impulssynchronisierungssignal Vtp erzeugt wird, welches den Start des Anlegens des Impulsstromes bezeichnet, wodurch die dritte Zeitdauer, welche eine Basisimpulsperiode darstellt, gezählt wird. Die Impulswellenformschaltung 15 bestimmt einen Impulsstromwert, einen Basisstromwert und das Zeitverhältnis zwischen dem Impulsstromwert und dem Basisstromwert innerhalb der dritten Zeitdauer ansprechend auf das Ansteigen des Impulssynchronisierungssignals, um dadurch das Impulssteuersignal Vp zu er zeugen. Die Schalteinrichtung 17 zählt das Impulssteuersignal Vp als ein Ansteuersignal VQ und legt dieses an die Ansteuerschaltung 18 im Hinblick auf die Tatsache an, daß das Wellenformumschaltsignal VF2 einen Impulsschweißmodus bezeichnet. Das hat zur Folge, daß die Schweißleistungssteuereinrichtung 4 den Schweißstrom Ia in der Weise steuert, daß er der Spur des Impulssteuersignals Vp folgt.
  • Die Zeit T&sub2; in Fig. 4 ist eine Periode, während welcher ein kleinerer Kontaktkurzschluß an einem Zeitpunkt t&sub2;&sub2; in der Basisstroinperiode auftritt und unter Wiederherstellung eines Lichtbogens unter einer Vibration der Schweißzone oder ähnlichem an einem Zeitpunkt t&sub2;&sub3; auf natürliche Weise beendet wird, bevor die Zählung der ersten Zeitdauer tp1 vollendet ist. In diesem Fall wirkt, da die Kontaktkurzschlußperiode tS2 kürzer ist als die erste Zeitdauer tp1, das Dip-Impulssteuersignal 14 so, daß das Wellenformumschaltsignal VF2 auf einem "niedrigen" Pegel gehalten wird, womit der Impulsschweißmodus bestimmt wird. Zur gleichen Zeit zählt das Impulssynchronisierungssignal Vtp die dritte Zeitdauer tp3, welche die Basisimpulsperiode bildet, und versetzt zu der nächsten Periode T&sub3;. Das hat zur Folge, daß nachfolgende Betriebsabläufe ähnlich denjenigen für die Periode T&sub1; werden.
  • Während der in Fig. 4 dargestellten Periode T&sub3; tritt andererseits der Kontaktkurzschluß an einem Zeitpunkt t&sub3;&sub2; auf und ist auch an einem Zeitpunkt t&sub3;&sub3; nach Verstreichen der ersten Zeitdauer tp1 noch nicht beendet bis zu dem Zeitpunkt t&sub3;&sub4;, wenn der Kontaktkurzschluß beendet wird, um einen Lichtbogen durch Anlegen eines Kurzschlußstromes entlang der ersten Spur an diesen zu erzeugen, gefolgt von der zweiten Zeitdauer tp2, der der Kontaktkurzschluß während der Lichtbogenerzeugung fehlt. In diesem Fall wirkt die Dip-Impulssteuerschaltung 14 so, daß die Zählung der dritten Zeitdauer tp3 zu dem Zeitpunkt t&sub3;&sub3; nach Verstreichen der ersten Zeitdauer tp1 unterbrochen wird und diese zum Zählen der dritten Zeitdauer tp3 vorbereitet wird, während zur gleichen Zeit das Wellenformumschaltsignal VF2 von einem "niedrigen" auf einen "hohen" Pegel geschaltet wird, welcher die Verschiebung vom Impulsschweißmodus zum Kurzschlußtransferschweiß-(Dip-Schweiß)-Modus bezeichnet. Die Schalteinrichtung 17 wählt somit das Dip- Steuersignal Vd aus und legt dieses an die Ansteuerschaltung 18 an, während die Schweißleistungssteuereinrichtung 4 die Schweißleistung entlang der ersten Spur für den Kontaktkurzschluß steuert, die in der Dip-Wellenformschaltung 16 vorbereitet ist. Nach der Wiederherstellung des Lichtbogens dauert die dritte Schweißleistungssteuerung während der zweiten Zeitdauer tp2 an, was zur Folge hat, daß der Schweißstrom Ia während der Periode von dem Zeitpunkt t&sub3;&sub3; bis t&sub5;&sub0; von dein Impulsstrom oder dem Basisstrom verschieden ist. Am Zeitpunkt t&sub5;&sub0; wirkt dann, wenn das Zählen der zweiten Zeitdauer tp2 vollendet ist, die Dip-Impulssteuerschaltung 14 so, daß sie das Zählen der dritten Zeitdauer tp3 beginnt und das Impulssynchronisierungssignal Vtp auf einem "niedrigen" Pegel für eine vorbestimmte Zeitdauer tp0 hält und zur gleichen Zeit das Wellenformumschaltsignal VF2 von einem "hohen" auf einen "niedrigen" Pegel schaltet, wodurch die Wiederherstellung von dem Kurzschlußtransferschweißmodus zum Impulsschweißmodus durch ein Ausgangssignal derselben bezeichnet wird.
  • Als Folge dieser Vorgänge wird ein geschmolzenes Kügelchen zur Übertragung des nächsten Tröpfchens am vorderen Ende des Drahtes durch die dritte Schweißleistungssteuerung während der zweiten Zeitdauer nach Beendigung des Kontaktkurzschlusses gebildet und als ein Tröpfchen in Sprühform vom Draht durch den nächsten Impulsstrom freigegeben, der vom Zeitpunkt t50 angelegt wird, um dadurch einen gleichmäßigen Impulslichtbogenschweißvorgang mit einem Tropfen für jeden Impuls fortzuführen.
  • Die gemäß vorliegender Erfindung vorstehend beschriebene dritte Schweißleistungssteuerung bezieht sich auf einen Steuerungsfall, in welchem das Vd-Signal mit der Zeit während der Periode tp2 in Fig. 4 abnimmt. Das Ergebnis davon ist jedoch nicht notwendigerweise, daß die tatsächliche Schweißleistung einer Konstantstromsteuerung unterworfen ist, sondern die abgegebene Leistung hängt von der Impedanz des Schweißlichtbogens ab. Daher wird tatsächlich eine im wesentlichen konstante Spannungscharakteristik erzielt. Dieses Steuerverfahren findet allgemein in herkömmlichen Lichtbogenschweißmaschinen des Kurzschlußtransferstyps Anwendung und Schaltungsbeispiele zur Verwirklichung eines derartigen Steuerverfahrens werden nicht beschrieben.
  • Mit anderen Worten soll die dritte Schweißleistungssteuerung, auf die in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, als eine Steuerausgangsleistung definiert werden, die sowohl vom Impulsstrom als auch dem Basisstrom verschieden ist. Eine Erläuterung erfolgte vorstehend zu Fig. 3 und 4.
  • In Fig. 5 ist eine bestimmte Konfiguration der Dip-Impulssteuerschaltung 14 aus Fig. 3 dargestellt. In Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen 140 einen programmierbaren Intervallzeitgeber-IC, bei dem es sich um einen Mehrzweck-8253-IC handelt, der einen einzelnen IC einschließt, welcher eine erste Zeitgeberschaltung 141, eine zweite Zeitgeberschaltung 142 und eine dritte Zeitgeberschaltung 143 unabhängig voneinander enthält. Der Betriebsmodus und die Zählwerte der Zeitgeberschaltungen werden durch eine Steuereinrichtung 144 eingestellt. Bezugszeichen 145 bezeichnet einen IC, der einen Mehrzweck-7474-IC bildet, in welchen zwei Flip-Flop-Schaltungen des D-Typs mit einer Lösch-Voreinstellfunktion eingebaut sind, die eine erste Flip-Flop-Schaltung 146 und eine zweite Flip-Flop-Schaltung 147 unabhängig voneinander einschließen. Bezugszeichen 148 bezeichnet eine Referenztaktsignalerzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Referenztaktsignals mit "hohem" und "niedrigem" Pegel in vorbestimmten Zeitintervallen. Bezugszeichen 149 bezeichnet eine Verarbeitungsschaltung zum Anlegen des Betriebsmodus und des Zählwertes jedes der Zeitgeber an dem programmierbaren Intervallzeitgeber-IC 140 in Übereinstimmung mit der Bedingung der Schweißarbeit. Bezugszeichen 14A, 14B, 14C bezeichnen UND-Elemente, Bezugszeichen 14D, 14E ODER-Elemente und Bezugszeichen 14F, 14G logische Inverter.
  • Die Zeitgeber in der Schaltung von Fig. 5 werden durch die Verarbeitungsschaltung 149 und die Steuereinrichtung 144 in der Weise gesteuert, daß dann, wenn der Anschlußeingang G&sub1; vom "niedrigen" auf den "hohen" Pegel verschoben wird, die erste Zeitgeberschaltung 141 die erste Zeitdauer anhand der Anzahl der Verschiebungen von "hohem" auf "niedrigen" Pegel des vom Anschluß CLK&sub1; zugeführten Signals zu zählen beginnt, wodurch der Betrieb eines wieder startbaren Einzelschritt- Zeitgebers ausgeführt wird, der ein "niedriges" Signal Vtp1 erzeugt, während er die erste Zeitdauer zählt, und ein "hohes" Signal Vtp1 während der übrigen Zeit vom Anschluß OUT&sub1; erzeugt. Die zweite Zeitgeberschaltung 142 führt wie die erste Zeitgeberschaltung 141 die Einzelschritt-Zeitgeberfunktion aus. Die zweite Zeitgeberschaltung, die in dieser Schaltung verwendet wird, beendet jedoch nicht den Zählvorgang, auch wenn der G&sub2;-Eingang während des Zählens auf einen "niedrigen" Pegel verringert wird, und daher wird das ODER- Element 14E verwendet, um das CLK&sub2;-Eingangssiganl auf einem "hohen" Pegel zu halten, um nicht mit dem Zählen fortzufahren, wodurch der Ausgang OUT&sub2; auf einem "niedrigen" Pegel während der Kontaktkurzschlußperiode während des Zählvorganges gehalten wird. Diese Schaltung hat somit die Funktion, den Zählvorgang zu unterbrechen, und ist so ausgelegt, daß sie den Zählvorgang bei Erzeugung des nächsten Lichtbogens erneut startet. Wenn der G&sub0;-Eingang "hoch" ist, zählt die dritte Zeitgeberschaltung 143 die Häufigkeit, mit der das Signal von CLK&sub0; von "hohem" auf "niedrigen" Pegel umschaltet, und wenn diese Zahl eine vorbestimmte Höhe erreicht, verringert sie den Ausgang OUT&sub0; für eine vorbestimmte Zeitdauer tpo auf "niedrigen" Pegel, während sie diesen während der übrigen Zeitdauer auf "hohem" Pegel als einen Frequenzteilungsvorgang hält. Wenn der G&sub0;-Eingang auf einen "niedrigen" Pegel verringert wird, wird der Freguenzteilungsvorgang unterbrochen, wobei der Ausgang OUT&sub0; auf "hohem" Pegel gehalten wird, und mit der Wiederherstellung des nächsten G&sub0;-Einganges auf "hohem" Pegel wird ein neuer Frequenzteilungsvorgang ausgeführt.
  • Die erste Flip-Flop-Schaltung 146 und die zweite Flip-Flop- Schaltung 147 in dem Flip-Flop-IC 147 arbeiten in Übereinstimmung mit dem Diagramm von Fig. 6, welches Funktionsverknüpfungswerte darstellt. Insbesondere der erste Flip-Flop 146, in welchem der CP&sub1;-Eingang und D&sub1;-Eingang auf "niedrigem" Pegel gehalten werden, wirkt als Prioritätseinstell-R-S Flip-Flop mit CLR&sub1; als Stelleingang und PR&sub1; als Rückstelleingang. Auch die zweite Flip-Flop-Schaltung 147 wirkt als R-S Flip-Flop des Flankensteuerungstyps mit dem Signal VF1 als Stelleingang und Vtp2 als Rückstelleingang durch Verbinden der UND-Elemente 14A, 14B und eines ODER-Elements 14D in der gezeigten Weise. Die in verschiedenen Teilen der Schaltung von Fig. 5 erzeugten Signale nehmen die in Fig. 7 dargestellte Form mit denselben Zustandsveränderungen wie in Fig. 4 an und erzeugen damit einen Effekt ähnlich dem in Fig. 4.
  • Obgleich sich die Wellenform tp in Fig. 7 von der Wellenform tp in Fig. 4 unterscheidet, hat die Schaltung von Fig. 5 eine im wesentlichen derjenigen von Fig. 4 äquivalente Funktion in der Hinsicht, daß eine Einzelschritt-Impulserzeugungsschaltung, die die Vorderflanke der Wellenform tp verwendet, vor dem Signal Vtp in Fig. 5 eingefügt wird, und das Ausgangssignal der Einzelschritt-Impulserzeugungsschaltung, die auf diese Weise eingesetzt ist, als ein Signal Vtp in Fig. 3 und 4 verwendet wird, und in der Hinsicht, daß die Zeitdauer tpo in Fig. 7 als sehr kleiner Wert bestimmt ist, der in der Zeichnung ignoriert werden kann. Die Referenztakterzeugungsschaltung 148 in Fig. 5, die unter Verwendung eines CR- Schwingkreises oder eines Kristalltransducers leicht verwirklichbar ist, wird nicht mehr beschrieben. Ferner enthält die Verarbeitungseinheit 149 einen Mikrocomputer, der zur Mehrzweckverarbeitung konfiguriert ist, um den Betriebsmodus oder Zählwert jeder der ersten Zeitgeberschaltung 141, der zweiten Zeitgeberschaltung 142 und der dritten Zeitgeberschaltung 143 des programmierbaren Intervallzeitgeber-IC 140 einzustellen. Beispiele der Konfiguration und des Programms für diese Verarbeitungsschaltung werden nicht erläutert.
  • Die Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungsschaltung 13 erfaßt einen Schweißspannungswert Va in Fig. 3 und erzeugt dann, wenn dieser Wert höher ist als ein vorbestimmter Pegel, einen Lichtbogen, während sie dann, wenn er niedriger als der vorbestimmte Wert ist, den Kontaktkurzschlußbetrieb vornimmt. Diese Schaltung 13 wird einfach unter Verwendung einer Vergleichseinrichtung realisiert. Dieser Vorgang, der allgemein für herkömmliche Lichtbogenschweißmaschinen verwendet wird, wird nicht im Detail beschrieben. Auch kann anstelle der Erfassung der Schweißspannung Va das Lichtbogenlicht direkt erfaßt werden.
  • Die Dip-Wellenformschaltung 16 und die Impulswellenformschaltung 15, die ebenfalls allgemein aufgebaut sind und in ähnlicher Weise wie entsprechende Schaltungen für herkömmliche Kurzschlußtransferschweißmaschinen und Impulslichtbogenschweißmaschinen arbeiten, werden nicht weiter erläutert.
  • Die Schalteinrichtung 17 in Fig. 3 ist ebenfalls ohne weiteres durch einen im Handel erhältlichen Analogschalter-IC oder ähnliches realisierbar.
  • Die Konfiguration der Hauptschaltung in Fig. 3 kann als ein primäres Invertersteuersystem anstatt, wie dargestellt, als ein sekundäres Zerhackersystem, verwendet werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Ferner kann der in der Verarbeitungsschaltung 149 der Dip-Impulssteuerschaltung 14 verwendete Mikrocomputer durch eine andere Einrichtung zum Setzen eines Zählwertes mit derselben Wirkung ersetzt werden, oder die Zeitgeber in Fig. 5, die ihrem Typ gemäß die Anzahl der Referenztaktimpulse zählen, können alternativ vom Cr-Integrationstyp sein, welcher einen Kondensator und einen Widerstand einschließt. Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend beschrieben.
  • Das Ergebnis der Messung der Spritzererzeugung unter verschiedenen Lichtbogenspannungswerten Va in der Schaltung von Fig. 5 mit dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau im Vergleich zu demjenigen einer herkömmlichen Impuls-MIG-Schweißmaschine und einer herkömmlichen Kurzschlußtransfer-(MIG)-Schweißmaschine sind in Fig. 8 dargestellt.
  • In Fig. 8 bezeichnet Bezugszeichen a das Meßergebnis mit einer herkömmlichen MIG-Schweißmaschine. Bezugszeichen b stellt das mit einer herkömmlichen Kurzschlußtransfer-(MIG)-Schweißmaschine zur Durchführung des Schweißvorganges mit einer in Fig. 9 dargestellten Schweißleistungswellenform erhaltene Meßergebnis dar.
  • Wie aus a und b in Fig. 8 ersichtlich ist, erzeugt die Impuls-MIG-Schweißmaschine des kontaktlosen Tröpfchenübertragungstyps weniger Spritzer in einem Bereich eines hohen Lichtbogenspannungswertes Va, aber mit der Verringerung des Lichtbogenspannungswertes bedingt durch die Steigerung der Schweißgeschwindigkeit oder ähnliches wird der Unterschied zwischen a und b in einem solchen Ausmaß verringert, daß unter einer Lichtbogenspannung, die niedriger ist als Punkt P, die Menge der erzeugten Spritzer zwischen den beiden Typen von Schweißmaschinen umgekehrt wird, so daß die MIG-Schweißmaschine weniger Spritzer als die Impuls-MIG-Schweißmaschine erzeugt, deren Spritzererzeugung stark ansteigt. Dies ist durch die Tatsache bedingt, daß, wie unter Bezug auf Fig. 2 erklärt, die Wahrscheinlichkeit des Kontaktkurzschlusses erhöht wird, wodurch die Spritzermenge bei Beendigung des Kontaktkurzschlusses mit einem starken Impulsstrom erhöht wird.
  • Bezugszeichen c in Fig. 8 zeigt das Meßergebnis mit einer Lichtbogenschweißmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem Bereich eines hohen Lichtbogenspannungswertes Va, in welchem das Auftreten eines Kontaktkurzschlusses weniger wahrscheinlich ist, ist die Spritzererzeugung a nur geringfügig geringer als bei herkömmlichen Impulslichtbogenschweißmaschinen. Bei einem Hochgeschwindigkeitsschweißvorgang, bei welchem der Lichtbogenspannungswert Va verringert ist, um Schweißfehler, wie etwa Einbrandkerben, zu vermeiden, ist jedoch die Wahrscheinlichkeit des Kontaktkurzschlusses gesteigert, wodurch die Spritzererzeugung weit unter die von herkömmlichen Schweißmaschinen reduziert wird. Dies ist durch die Tatsache bedingt, daß gemäß vorliegender Erfindung eine geeignete Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit den Bedingungen der Schweißzone ausgewählt wird, wobei die Bedingung der Sprühübertragung ohne Kontaktkurzschluß oder die des Kurzschlußtransfers unter Kontaktkurzschluß berücksichtigt werden, und zur gleichen Zeit wird ein geschmolzenes Kügelchen am vorderen Ende des Drahtes für die nächste Tröpfchenübertragung nach der Beendigung eines Kontaktkurzschlusses gebildet.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung ist somit ersichtlich, daß gemäß vorliegender Erfindung eine Impuls-MIG-Schweißmaschine geschaffen wird, die weniger Spritzer auch bei dem Schweiß vorgang mit gelegentlichem Kurzschlußtransfer erzeugt, unter einer Lichtbogenspannung, die auf einem niedrigen Pegel zum Zeitpunkt des Hochgeschwindigkeitsschweißens eingestellt ist.

Claims (7)

1. Impulslichtbogenschweißmaschine zur Verwendung mit einer Abbrandelektrode (9) zum Verschweißen eines Grundmetalles (10), umfassend:
eine Beurteilungseinrichtung (13) zur Beurteilung, ob die Elektrode (9) mit dem Grundmetall (10) kurzgeschlossen ist oder ob die Elektrode (9) von dem Grundmetall (10) getrennt ist, um einen Lichtbogen (91) zwischen diesen zu erzeugen, und zur Erzeugung eines Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignales (VAS);
eine Dip-Impulssteuereinrichtung (l4), die ansprechend auf das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal (VAS) ein Impulssynchronisierungssignal (Vtp) erzeugt und ein Wellenformumschaltsignal (VF2) erzeugt, das einen ersten und einen zweiten digitalen Zustand hat, wobei das Wellenformumschaltsignal (VF2) von dem ersten digitalen Zustand zu dem zweiten digitalen Zustand wechselt, wenn zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) ein Kurzschluß länger als eine vorbestimmte erste Zeitperiode gedauert hat, wobei das Wellenformumschaltsignal (VF2) in dem zweiten digitalen Zustand verbleibt, bis ein Lichtbogen (91) wiederhergestellt ist und für eine vorbestimmte zweite Zeitperiode anschließend;
eine Impulswellenformeinrichtung (15), die ansprechend auf das Impulssynchronisierungssignal (Vtp) ein Impulssteuersignal (Vp) erzeugt, das zum Betrieb der Schweißmaschine in einem Impulslichtbogenschweißmodus verwendet wird, bei dem der Schweißstrom (Ia) eine Sequenz von Basis-Impulsperioden hat und ein Stromimpuls und ein Basisstromimpuls in jeder Basisimpulsperiode abwechseln, wobei das Impulssteuersignal (Vp) die Zeittakte des Stromimpulses und des Basisstromes in jeder Basisimpulsperiode bestimmt, wobei der Schweißvorgang durch einen Materialsprühnebel von der Elektrode (9) in dem Impulslichtbogenschweißmodus erzielt wird;
eine Dip-Wellenformeinrichtung (16), die ansprechend auf das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal (VAS) ein Dip-Steuersignal (Vd) erzeugt, wenn das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal (VAS) anzeigt, daß die Elektrode mit dem Grundmetall kurzgeschlossen ist, wobei das Dip-Steuersignal (Vd) für den Betrieb der Schweißmaschine in einem Kurzschlußtransfermodus verwendet wird, in welchem der Schweißstrom (Ia) so gesteuert wird, daß er einer ersten Wellenform folgt, bei welcher der Schweißstrom mit einer Rate ansteigt, die nicht größer ist als die Anstiegsrate des Stromimpulses, bis ein Lichtbogen (91) zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) wiederhergestellt ist, und um anschließend während der zweiten Zeitperiode einer zweiten Wellenform zu folgen, welche zweite Wellenform sowohl von dem Stromimpuls als auch von dem Basisstrom verschieden ist;
eine Schweißleistungssteuereinrichtung (4) zur Steuerung des Schweißstromes (Ia); und
eine Schalteinrichtung (17) zum Übertragen des Impulssteuersignales (Vp) zur der Schweißleistungssteuereinrichtung (4), wenn das Wellenformumschaltsignal (VF2) in dem ersten digitalen Zustand ist, und zum Übertragen des Dip-Steuersignales (Vd) zu der Schweißleistungssteuereinrichtung (4), wenn das Wellenformumschaltsignal (VF2) in dem zweiten digitalen Zustand ist.
2. Impulslichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Abbrandelektrode (9) eine Drahtelektrode ist.
3. Impulslichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Dip-Impulssteuereinrichtung (14) einen ersten, einen zweiten und einen dritten Zeitgeber (141, 142, 143) enthält.
4. Impulslichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Dip-Impulssteuereinrichtung (14) Einrichtungen (148) zum Erzeugen eines Referenztaktsignales (VCK), einen ersten IC (140), der das Referenztaktsignal und das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal (VAS) empfängt, aufweist, wobei der erste IC drei Zeitgeber (141, 142, 143) hat, und einen zweiten IC (145), der mit dem ersten IC verbunden ist, welcher zweite IC wenigstens einen Flip-Flop (146, 147) hat.
5. Impulslichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Dip-Impulssteuereinrichtung (14) umfaßt:
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Referenztaktsignales (VCK) mit Pegeln, die periodisch wechseln;
eine erste Zeitgebereinrichtung (141), die ansprechend auf das Referenztaktsignal (VCK) und das Lichtbogen-Kurzschluß- Entscheidungssignal (VAS) die erste Zeitperiode durch Zählen des Referenztaktsignales (VCK) mißt, um ein erstes Periodensignal (Vtp1) zu erzeugen, wobei das erste Periodensignal einen niedrigen digitalen Zustand hat, während die erste Zeitperiode gezählt wird, und einen hohen digitalen Zustand hat, nachdem die erste Zeitperiode geendet hat;
eine zweite Zeitgebereinrichtung (142), die ansprechend auf das Referenztaktsignal (VCK) und das Lichtbogen-Kurzschluß- Entscheidungssignal (VAS) die zweite Zeitperiode durch Zählen des Referenztaktsignales mißt, um ein zweites Periodensignal (Vtp2) zu erzeugen, welches zweite Periodensignal einen niedrigen digitalen Zustand hat, während die zweite Zeitperiode gezählt wird, und einen hohen digitalen Zustand hat, nachdem die zweite Zeitperiode geendet hat, wobei die zweite Zeitgebereinrichtung (142) erneut ansteuerbar ist, während die zweite Zeitperiode gezählt wird;
eine erste Flip-Flop-Einrichtung (146), die ansprechend auf das erste Periodensignal (Vtp1) und das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal (VAS) ein erstes Flip-Flop-Signal (VF1) erzeugt, das einen niedrigen digitalen Wert hat, wenn ein Lichtbogen (91) zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) durch einen Kurzschluß ersetzt wird, und einen hohen digitalen Zustand hat, wenn der Kurzschluß nach Beendigung der ersten Zeitperiode andauert;
eine zweite Flip-Flop-Einrichtung (147), die ansprechend auf das erste Flip-Flop-Signal (VF1) und das zweite Periodensignal (Vtp2) das Wellenformumschaltsignal (VF2) erzeugt; und
eine dritte Zeitgebereinrichtung (143), die ansprechend auf das Wellenformumschaltsignal (VF2) und das Referenztaktsignal (VCK) eine Basisimpulsperiode durch Zählen des Referenztaktsignales (VCK) mißt, wenn das Wellenformumschaltsignal (VF2) in seinem ersten digitalen Zustand ist, und dadurch das Impulssynchronisierungssignal (Vtp) abgibt, das einen niedrigen digitalen Zustand während eines vorbestimmten frühen Abschnittes der jeweiligen Basisimpulsperiode hat und einen hohen digitalen Zustand während des übrigen Abschnittes der jeweiligen Basisimpulsperiode hat, um das Impulssynchronisierungssignal (Vtp) in dem niedrigen digitalen Zustand zu halten, wenn das Wellenformumschaltsignal (VF2) in seinem zweiten digitalen Zustand ist.
6. Impulslichtbogenschweißverfahren unter Verwendung einer Abbrandelektrode (9) zum Verschweißen eines Grundmetalles (10), umfassend:
das selektive Zuführen eines Schweißstromes (I) zu der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10);
Erfassen der Spannung (Va) zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) zur Erzeugung eines Lichtbogen-Kurzschluß- Entscheidungssignales (VAS), das einen ersten digitalen Wert hat, wenn ein Kurzschluß zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) vorliegt, und einen zweiten digitalen Wert hat, wenn ein Lichtbogen (91) zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) vorliegt;
Erzeugen eines Impulssteuersignales (Vp);
Erzeugen eines Dip-Steuersignales (Vd); und
ansprechend auf das Lichtbogen-Kurzschluß-Entscheidungssignal das Zuführen des Impulssteuersignales (Vp) zur Aktivierung des Schweißstromes (Ia), wenn nicht ein Kurzschluß zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) länger als eine vorbestimmte Zeitperiode vorhanden war, und zum vorübergehenden Zuführen des Dip-Steuersignales (Vd) zur Aktivierung des Schweißstromes (Ia), wenn ein Kurzschluß zwischen der Elektrode (9) und dem Grundmetall (10) länger als die vorbestimmte Zeitperiode vorhanden war.
7. Schweißverfahren nach Anspruch 6, bei welchem drei verschiedene Zeitperioden gezählt werden.
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