NO750363L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til og en anordning

for kortslutningsbuesveising med minst en matekilde for buestrømmen og en sveisetråd som fra en forrådsspole via en sveisetrådstyring mates til arbeidsstykket, for sveising.

U.S.-patentskrift nr. 2.886.696 angir en. fremgangsmåte til buesveising hvor sveisematerialet i, form av en sveisetråd mates kontinuerlig til arbeidsstykket. Mellom arbeidsstykket og sveisetråden er forbundet en strømkilde som leverer energi for smelting av arbeidsstykkets overflate og sveisetråden. Ved egnet valg av spenning og strøm i sveisekretsen og trådmatehastigheten smeltes sveisetråden i form av perler som opptas i smeiten på arbeidsstykkets overflate. Det anvendes bestemt periode for tenning av buen, perledannelsen, kortslutning mellom perlen og smeiten og en kortslutningsstrøm som skiller perlen fra den faste del av sveisetråden, hvoretter tenning av en ny bue finner sted.

Avhengig av forskjellige parametere i perioden, kan buetiden og kortslutningstiden være variabel fordi sveiseforholdene endrer seg automatisk innen visse grenser. En ulempe med denne fremgangsmåte er at perlens størrelse nesten alltid endres etter forholdene. I et ekstremt tilfelle hvor buens energi er for stor, vil smeiten være forholdsvis stor og dråpene anta vesentlige dimensjoner i forholdsvis stor avstand, fra smeiten, slik at perlen under den etterfølgende kortslutning kan bli delt opp i et antall mindre perler som spruter på arbeidsstykkets overflate. Por å eliminere slik spruting, foreslås ifølge U.S.-patentskrift nr. 3.275.797 en styreinnretning for å minske sprutingen, hvilken styreinnretning ligger i sveisekretsen og begrenser kortslutnings-strømmen til en. verdi som er mindre enn buestrømmen.

Hensikten med oppfinnelsen er å sørge for at det. for hver periode av kortslutningen må først av alt en perle med hovedsakelig konstante dimensjoner dannes og denne perle må være tilstrekkelig opptatt i smeiten før kortslutningsstrømmen opptrer, og msom allerede kjent må kontakten mellom perlen og sveisetråden da lalle-rede være avbrutt.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at i et tidsintervall 1^opprettholdes en sveisebue mellom sveisetråden og arbeidsstykket, da en hovedsaklig konstant energi opptrer og en sveiseperle av hovedsaklig konstante dimensjoner dannes på sveisetråden, hvoretter sveiseperlen i et tidsintervall T overføres til smeiten i arbeids-

w

stykket som resultat av sveisetrådhastigheten, og kortslutnings-strømmen for atskillelse av sveiseperlen og sveisetråden tilføres etter en konstant forsinkelse T, etter kortslutningsøyeblikket.

Det er således' fordelaktig at det for hver periode alltid smeltes av samme mengde materiale av sveisetråden og at ingen vesentlig sprutevirkning opptrer fordi egenskapene ved den auto-matiske innstilling av sveiseprosessen i tilfelle av endrede para-metre fremdeles opprettholdes.

Med. fordel kan sveisestrømmen tilføres i et konstant tidsintervall Ttø. fra' en første matekilde med en tomgangsspenning som er høyere enn buespenningen og med en bestemt strømkildekarakteristikk, og kortslutningsstrømmen tilføres hovedsakelig fra en andre matekilde med en spenning som er lavere enn buespenningen og med en lavere indre impedans.

Fordelen ved denne, fremgangsmåte er at den konstante bue-energi ganske enkelt oppnås ved å anvende en sveisekilde med fallende karakteristikk hvilket som følge av forholdsvis høy impedans har den egenskap at i kombinasjon med den antagelse at buespenningen er hovedsakelig konstant under prosessen, oppnås en konstant bue-energi Eb-Ib °S følgelig tilstreber å holde tidsintervallet T^i hvilken buen er tilfredsstillende, konstant for å holde bueenergien pr. perle hovedsakelig konstant som et produkt av buespenningen , buestrømmen 1^og tidsrommet .

En andre matekilde hvor spenningen er lavere enn buespenningen kan anvendes for mat.ning av kortslutningsstrømmen . Dette har den. fordel at det kan oppnås på enkel måte.

Fortrinnsvis detekteres tilstedeværelsen av buespenningen mellom sveisetråden og arbeidsstykket for å bestemme tidsrommet T ' og tilstedeværelsen av en lav .spenning, og kortslutningsspenningen kan anvendes, for å bestemme kortslutningsøyeblikket mellom

perlen og smeiten.

I anordninger for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det være fordelaktig å anvende styrbare halvlederbrytere som kopler sveisestrømmen og en styreinnretning som er. forbundet med bryterens styreinngang for tilførsel av styresignaler og for å bestemme tidsintervallene T, og T,.

° b ° d

Anvendelse av styrte silisiumlikerettere er å. foretrekke. Ved en utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen kan den første matekildes positive klemme være forbundet direkte med sveisetråden og den andre matekildes positive klemme være forbundet med sveisetråden via to styrte likerettere som er forbundet antiparallelt, og som tjener som sveisestrømbrytere, og matekildenes negative klemmer kan være forbundet med arbeidsstykket , og styreinnretningen for hver kortslutningsperiode kopler først inn en styrt likeretter, slik at buen slukker og den andre matekilde forbruker strømmen og etter et tidsintervall T og T, koples inn den andre styrte likeretter, for levering av kortslutningsstrømmen.

Ved en annen utførlesesform av anordningen ifølge oppfinnelsen kan den første matekildes positive klemme være forbundet med sveisetråden via en første styrt likeretter og den andre matekildes positive klemme være forbundet med den første matekildes positive klemme via an parallellkopling av en styrt likeretter og en diode med motsatt passeringsretning, og styreinnretningen for hver kortslutningsperiode.etter tidsintervallet Tfe kopler inn den andre styrte likeretter og etter et tidsintervall T w +TO, - koples inn den. første styrte likeretter.

Begge disse anordninger anvender med fordel lav spenning

for den andre matekilde for automatisk utkopling av de styrte likerettere i riktig øyeblikk uten å anvende en komplisert kommuterings-krets. Styreinnretningen kan derfor gjøres meget enkel og kan f. eks. bestå av to Schmitt-triggere og to monostabile multivibratorer. Styreinnretningen er fortrinnsvis forbundet med sveisetråden og arbeidsstykket med den ene inngang, og omfatter en første Schmitt-trigger som er forbundet med inngangen og som har et triggernivå

som er lavere enn buespenningen, en første monostabil multivibrator som errforbundet méd den første Schmitt-trigger og en styreinngang i en s.tyrbar halvlederbryter, og som bestemmer tidsintervallet ,

og en andre Schmitt-trigger som er forbundet med inngangen og som har et triggernivå som er vesentlig lavere enn buespenningen, men

høyere enn kortslutningsspenningen, og en andre monostabil multivibrator som er forbundet med den andre Schmitt-trigger og med styreinngangen. i en styrbar halvlederbryter, og som bestemmer tidsintervallet T^.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere nedenfor

under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser et blokkskjema til forklaring av. fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et blokkskjema for en anordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser et koplingsskjema for en anordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser en anordning ifølge oppfinnelsen forsynt med en styreinnretning. Fig. 5 viser et diagram for sveisespenninger og -strømmer ved en kjent anordning. Fig. 6 viser et diagram for sveisespenninger og -strømmer ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 har matekilden 1 to klemmer 2 og 3 av hvilke den ene 2 er forbundet med en koplingsinnretning 4 for levering av sveisestrøm til en sveisetrådstyring 5 som inneholder en sveisetråd 6. for sveising på et arbeidsstykke 7. Sveisestrømmen varierer i samsvar med en sveiseperiode som omfatter en sveisestrømintervall og et kortslutningsstrømintervall. Varmen som utvikles av strømmen frembringer en smelte 8 i arbeidsstykket og bevirker at sveise--tråden 6 smelter av i en sone 9. Sveisetråden mates igjennom sveise-trådstyringen 5. fra en forrådsspole 10 drevet av en motorstyreinn-retning 11. En styreinnretning 12 leverer styresignaler via en forbindelse 13 til koplingsinnretningen 4 for å s;fcyre sveise-strømmen i avhengighet av målte signaler som mottas via. forbindelser 14 og 15 til sveisekretsen.

Forløpet er følgende: Styreinnretningen 12 kopler inn koplingsinnretningen 4 slik at en tilstrekkelig høy spenning opptrer mellom sveisetråden 6 og arbeidsstykket 7 for å opprettholde en lysbue i sonen 9 idet sveisetråden 6 nærmes arbeidsstykket 7. Buespenningen Efeog buestrømmen 1^kan måles og lysbuens varighet

er bestemt i styreinnretningen 12 på sådan måte at produktet av de tre parametere er konstant ved justering hvis nødvendig. Ener-gien som utvikles er følgelig konstant. I tilfelle av riktig inn-

stilling blir smeiten 8 oppvarmet av denne energi, men også en perle av sveisematerialet dannes på sveisetråden og denne skal helst innta samme størrelse i en bueperiode som omfatter rekkefølgen lysbue/kortslutning/lysbue ifølge oppfinnelsen. Deretter slukker lysbuen ved at koplingsinnretningen 4 bryter sveisekretsen. Perlen er overført til smeiten som resultat av hastigheten med hvilken sveisetråden 6 mates ut. Når det dannes kontakt etter en hvis tid T wmåles kortslutningsøyeblikket ved hjelp av innretningen 12 og etter en forsinkelse T, som begynner med kortslutningsøyeblikket, koples koplingsinnretningen 4 inn igjen på sådan måte. ved hjelp av koplingsinnretningen 12 at det fra kilden 1 til sveisekretsen flyter en kortslutningsstrøm som leverer så meget varme til sonen 9 at perlen smelter av sveisetråden og det dannes igjen en lysbue mellom sveisetråden og smeiten. HEfrter dette forløp gjentas det hele. Således bringes en perle av gangen med konstante dimensjoner inn i smeiten etter at den er atskilt fra sveisetråden.

Det er klart at den styrte kortslutningsbueperiode leverer en mere jevn sveis med bedre kvalitet under varierende forhold. Særlig unngås praktisk talt opptreden av spruting.

Fig. 2 viser deler av blokkskjemaet på fig. 1 som har samme henvisningstall. Matekilden 1 er delt i en kilde la medeen bestemt strømkarakteristikk og med en spenning som er høyere enn buespenningen i sonen 9, og en kilde lb med en spenning som er lavere enn buespenningen og med en mindre indre impedans.

På fig. 2 har koplingsinnretningen 4 som på fig. 1 har en programmert funksjon for innkopling av riktige spenninger og strømmer og utkopling, blitt forenklet til en bryter 4a og en bryter 4b. Disse brytere er vist som mekaniske brytere, men kan fortrinnsvis være styrte halvlederbrytere. Da ifølge oppfinnelsen bueenergien under en periode skal være konstant, er det fordelaktig

■ti

å anvende kilden la, fordi produktet av E, og I. da allerede er

D D v,

konstant. En bryter 4a behøver da bare å være sluttet i et konstant tidsintervall Tfe. Dette forenkler i høy grad styreinnretningen 12 på fig. 1. Matekilden lb leverer kortslutningsstrømmen ved slutning av bryteren 4b. Denne kildes spenning kan være vesentlig lavere enn buespenningen. fordi bare kortslutningsspenningen mellom sveisetråden 6 og arbeidsstykket 7 skal overvinnes.

Fig. 3 viser en praktisk utførelse av anordningen på fig. 2 hvor det som brytere anvendes styrte silisiumlikerettere 4a og 4b.

Matekilden la kan. f.eks. være en sveisestrømkilde med en likeretter og selvinduksjoner, for å oppnå en fallende karakteristikk av strømkilden. En ulempe ved denne type sveisestrømkilder er at kilden er langsom som. følge av selvinduksjonene, og kan ikke lett koples av og på samtidig som det skal leveres en mest mulig konstant strøm. Videre er det kjent at det styrte silisiumlikerettere ikke kan koples av og på i tilfelle av induktiv belastning uten spesielle forholdsregler. Uansett disse ulemper er anordningen på fig. 3 i denne henseende ganske enkel. Kilden la er direkte og permanent forbundet med sveisetråden 6 og arbeidsstykket 7. Buestrømmen som koples med bryteren 4a ligger i tilledningen. fra sveisetråd-styringen 5 til matekilden lb.

Straks en lysbuespenning opptrer som følge av tilstedeværelsen av en bue i sonen 9, måles dette via ledningen 14 i styreinnretningen 12, og f.eks. starter en tidsstyrekrets som bestemmer tidsintervallet Tfe. Etter dette tidsintervall vil den styrte silisiumbryter 4a trigges og forbinder kilden lb med sveisetråd-styringen. Spenningen i kilden lb er lavere enn buespenningen mens buespenningskilden la har en stor indre impedans slik at buen vil slukke. Strømmen fra kilden la flyter nå via tyristoren 4a inn i matekilden lb som forbruker denne strøm. Da denne kilde må bestå av en transformator med likeretter, som ikke kan trekke strøm, er det nødvendig å legge inn ien motstand og eventuelt en buffer-kondensator C. Via ledningen 14 detekterer styreinnretningen 12 kortslutning som i mellomtiden har opptrådt mellom sveisetråden 6 og smeiten 8 og derved starter en tidsstyrekrets i styreinnretningen som bestemmer tidsintervallet T^. Etter at dette intervall er avsluttet, trigges den styrte silisiumbryter 4b som er forbundet antiparallelt med den styrte silisiumlikeretter 4a. Under forsinkelsestiden T, passerer strømmen fra matekilden la kortslutningssonen 9 som følge av den nevnte kortslutning. Kortslutningsspenningen er lavere enn matespenningen fra kilden lb slik at den styrte silisiumlikeretter 4a sperres. Som følge av-at den styrte silisiumlikeretter 4b igjen blir ledende, vil kortslutningsstrømmen fra kilden lb flyfee gjennom sonen 9 og hjelpe til å sperre den

.styrte silisiumlikeretter 4a.Perlene smelter av sveisetråden 6 slik at kortslutningen mellom sveisetråden og arbeidsstykket av-brytes. Spenningen mellom dem øker så inntil buen tennes og spenningen er høyere enn spenningen for kilden lb, slik at den

s.tyrte silisiumlikeretter 4b vil bli sperret. Perioden gjentas så. For å begrense kortslutningsstrømmen kan det være nødvendig å legge inn en motstand FL i serie med den styrte silisiumlikeretter 4b .

Fig..4 viser koplingsanordningen på fig.' 3 hvor den styrte silisiumlikeretter 4b er erstattet med en diode D og en styrt silisiumlikeretter 4c som er lagfe' inn mellom sveisetråd-styringen og den positive tilførselsledning 17. fra kilden la som forblir forbundet med den styrte silisiumlikeretter 4a og dioden D. Denne anordning gjør det således mulig at ingen strøm flyter fra kilden, la inn i kortslutningssonen under forsinkelsestiden T^. Den styrte silisiumlikretter 4c er da sperret og den styrte silisiumlikeretter 4a forblir ledende, for å levere strøm fra kilden la til kilden lb. Opptreden av en kortslutning måles på ledningen 14 og som følge av den lave spenning trigges en Schmitt-trigger S2

i styreinnretningen 12. Som følge herav startes en monostabil multivibrator M0 2 som etter et tidsintervall Td, vender tilbake til stabil tilstand og således. leverer en triggerpuls til en' trigger-enhet Tp som via en isolasjonstransformator leverer triggerpulser til den styrte silisiumlikeretter 4c. Når spennignen på ledningen 17 er lik lspenningen i kilden lb, vil den styrte silisiumlikeretter 4c bli ledende og minske spenningen på ledningen 17 til kortslutningsspenning. Som følge herav vil strømmen, fra kilden la flyte gjennom den styrte silisiumlikeretter 4c, dioden D blir ledende igjen og den styrte silisiumlikeretter 4a forblir sperret. Fra kilden lb leverer nå kortslutningsstrømmen som etter en kort-slutningstid T avbryter forbindelsen mellom sveisetråden 6 og arbeidsstykket 7, slik at spenningen-på ledningen 17 igjen øker til buespenningen. Følgelig forblir den styrte silisiumlikeretter 4c ledende. Tilstedeværelsen av buespenningen måles på linjen 14 og terskelspenningen for Schmitt-triggeren S^i styreinnretningen 12 overskrides. S.climitt-triggeren trigges av den monostalifile multivibrator M. som etter et tidsintervall T leverer et styre-signal til triggerinnretningen T^, hvoretter den styrte silisiumlikeretter 4a blir ledende via en transformator i enheten T^. Spenningen på ledningen 17 faller under buespenningen og avtar

til spenningen for kilden lb, slik at buen i sonen 9 slukker og

den styrte silisiumlikeretter 4c sperres. Dette blir etterfulgt av hviletiden T , kortslutningen og innstilling av forsinkelses-

tiden T, hvoretter perioden gjentas.

Fig. 5 viser spenningen og strømmen i'en kjent ikke styrt kortslutningsbuesveiseanordning. Fig. 5a viser spenningen mellom sveisetråden og arbeidsstykket som. funksjon av tiden. Spenningen inntar avvekslende verdien E^. for buespenningen i tidsrommet T

og verdien E^for kortslutningsspenningen i tidsrommet T^. De viste spenningsformer er. firkantbølger. Fig. 5b viser buestrømmen T D og kortslutningsstrømmen I cl svarende til spenningene på fig.5a. Perioden T = T, + T, hvor både T, og T. kan variere avhengig av

cbk b°k .<=.<= forskjellige påvirkninger som kan opptre under sveisingen.

Fig. 6 viser tilsvarende diagram for en fremgnagsmåte ifølge oppfinnelsen. Buetiden Tfe holdes f.eks. konstant. Dette etterfølges av en hviletid T W som kan være variabel, og deretter opptrer kortslutningen som detekteres slik at en konstant for-sinkelsestid T opptrer hvoretter en kortslutningsstrøm 1^flyter i tidsintervallet T. som kan være variabel. Periodetiden Tc

ks c

kan således endres avhengig av-T W og T, KS. varieres, f.eks. som følge av ytre. variasjoner, f".eks. variasjoner i sveisetrådmatehastigheten.

Som. følge av de jevne perler og den forsin-kede anvendelse av atskillelseskortslutningsstrømmen etter at perlen allerede er tilført smeiten, gir en bedre sveis til tross for endringer i sveiseparameterne, som f.eks. innvirkning fra sveiseren, variasjoner i matespenningen eller variasjoner i sveisetrådtilførselshastigheten.

Claims (7)

1. '1. Fremgangsmåte til kortslutningsbuesveising med minst én matekilde for buestrømmen og en sveisetråd som fra en.forrådsspole via en sveisetrådstyring mates til arbeidsstykket for sveising,karakterisert vedat i et tidsintervall Tfe opprettholdes en sveisebue mellom sveisetråden og arbeidsstykket, da en hovedsaklig konstant energi opptrer og en sveiseperle av hovedsaklig konstante dimensjoner dannes på sveisetråden, hvoretter sveiseperlen i et tidsintervall T overføres til smeiten i arbeidsstykket som resultat av sveisetrådhastigheten, og kortslutndingsstrømmen for atskillelse av sveiseperlen og sveisetråden tilføres etter en konstant forsinkelse T, etter kortslutningsøyeblikket.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at sveisestrømmen tilføres i et konstant tidsintervall T

   fra en første matekilde med en tomgangsspenning som er høyere enn buespenningen og med en bestemt strømkildekarakteristikk, og at kortslutningsstrømmen hovedsaklig tilføres fra en andre matekilde med en spenning som er lavere enn buespenningen og med en lavere indre impedans.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat tilstedeværelsen av buespenningen mellom sveisetråden og arbeidsstykket måles, for detektering av tidsintervallet og tilstedeværelsen av en spenning som er vesentlig lavere enn buespenningen måcLes for detektering av kortslutningsøyeblikket.
4. 4. Anordning for utførelse av. fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende minst -én matekilde for, sveisestrømmen,karakterisert vedstyrbare halvlederbrytere som kopler sveisestrømmen, og en styreinnretning som er, forbundet med bryternes styreinngang for tilførsel av styresignaler og for å bestemme tidsintervallene Tb og V
5. 5. Anordning ifølge krav 4 for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 2,karakterisert vedat den første matekildes positive klemme er forbundet direkte med sveisetråden og den andre matekildes positive klemme er forbundet med sveisetråden via to styrte likerettere som er forbundet antiparallelt og som tjener som sveisestrømbrytere, at matekildenes negative kjemme er. forbundet med arbeidsstykket, og at styreinnretningen for hver kortslutnings-periode, først kopler inn én styrt likeretter, slik at buen slukker og den andre matekilde forbruker strømmen,.og etter et tidsintervall Tn+TdkoP-'-er ^nn ^en andre styrte likeretter for levering av kortslutningsstrømmen.
6. 6. ■ Anordning ifølge krav 4, for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 2,karakterisert vedat den første matekildes positive klemme er forbundet med sveisetråden via en første styrt likeretter, at den andre matekildes positive klemme er forbundet med den første matekildes positive klemme via en parallellkopling av .en styrt likeretter og en diode med motsatt passeringsretning, og at styreinnretningen for hver kortslutningsperiode etter tidsintervallet T kopler inn den andre styrte likeretter og etter et tidsintervall T w +Td-, kopler inn den første styrte likeretter.
7. 7. Anordning ifølge krav 4,5 og 6 for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 3,karakterisert vedat styreinnretningen er forbundet med sveisetråden og arbeidsstykket med den ene inngang, og omfatter en, første Schmitt-trigger som er forbundet med Inngangen og som har et triggernivå som er lavere enn buespenningen, en første monostabil multivibrator som er. forbundet med den første Schmitt-trigger og en styreinngang i en styrbar halvlederbryter, og som bestemmer tidsintervallet , en andre Schmitt-trigger som er forbundet med inngangen og som har et triggernivå som er vesentlig lavere enn buespenningen, men høyere enn kortslutnin,gsspenningen, og en andre monostabil multivibrator som er. forbundet med den andre Schmitt-trigger og en styreinngang i-en styrbar halvlederbryter, og som bestemmer tidsintervallet T,