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DE1900856B2 - PROCESS FOR THE AUTOMATIC CONTROL OF DC LIGHT ARC WELDING OF THIN SHEET METALS - Google Patents

PROCESS FOR THE AUTOMATIC CONTROL OF DC LIGHT ARC WELDING OF THIN SHEET METALS

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Publication number
DE1900856B2
DE1900856B2 DE19691900856 DE1900856A DE1900856B2 DE 1900856 B2 DE1900856 B2 DE 1900856B2 DE 19691900856 DE19691900856 DE 19691900856 DE 1900856 A DE1900856 A DE 1900856A DE 1900856 B2 DE1900856 B2 DE 1900856B2
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DE
Germany
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welding
current
controller
thyristor
transformer
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Application number
DE19691900856
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Inventor
Wolfram Dipl Ing 3001 Isernhagen Schrieber Heinrich 2806 Leeste Klebl
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Kabelmetal Electro GmbH
Original Assignee
Kabel und Metallwerke Gutehoff nungshutte AG, 3000 Hannover
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Publication date
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, welches zur automatischen Regelung der Gleichstromlichtbogenschweißung dünner, unter einem feststehenden Schweißkopf durchgezogener Bleche, insbesondere der Längsnahtschweißung rohrförmig gebogener Bleche, unter Schutzgas verwendet werden soll. Die Schweißelektroden werden dabei aus einer Spannungsquelle über einen Transformator, ein den Schweißstrom einstellendes Stellglied und Gleichrichterelemente gespeist.The invention relates to a method which is used for automatic control of direct current arc welding thin sheets pulled through under a fixed welding head, in particular the longitudinal seam welding of tube-shaped bent sheets, can be used under protective gas target. The welding electrodes are from a voltage source via a transformer, a Welding current adjusting actuator and rectifier elements fed.

Durch die deutsche Patentschrift 1 146 992 ist bereits ein Verfahren bekanntgeworden, bei welchem das Stellglied als gleichstromvormagnetisierte Drossel ausgebildet ist. Bei diesem bekannten Verfahren ist im Erregerstromkreis des Tachogenerators ein abgleichbarer Spannungsteiler zur Einstellung ein:s werkstoffabhängigen Schweißstromgrundwertes vorgesehen und im Ankerstromkreis des Tachogenerators liegt ein abgleichbarer Widerstand zur Erstellung eines werkstückabhängigen Proportionalitätsfaktors für die Neigung der Schweißstromkcnnlinie Die Verstellung des Stellgliedes, d.h. in diesem Fall die Änderung der Gleichstromvormagnetisierung der Drossel, wird also durch den Tachogenerator vorgenommen, welcher mit der Abzugsvorrichtung des zu schweißenden Bleches oder mit diesem Blech direkt gekuppelt ist. Der Schweißstrom wird also gesteuert, und zwar in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit welcher das Blech unter d;.n Schweißkopf hindurchbewegt wird. Schwankungen der Speisespannung sowie des Elektrodenabstandes werden von dieser bekannten Anordnung nicht mit erfaßt, so daß sich unter Umständen Schweißnähte ergeben, die nicht voll durchgeschweißt sind und bei großer Beanspruchung dieser Nähte zum Bruch führen.Through the German patent specification 1 146 992 a method has already become known in which the actuator is designed as a direct current bias throttle. In this known method If there is an adjustable voltage divider in the excitation circuit of the tachometer generator for setting on: s Material-dependent basic welding current value provided and in the armature circuit of the tachometer generator there is an adjustable resistor to create a workpiece-dependent proportionality factor for the slope of the welding current curve The adjustment of the actuator, i.e. in this case the change in the DC bias of the Throttle is made by the tachometer generator, which is connected to the trigger of the to be welded sheet or is directly coupled to this sheet. So the welding current becomes controlled, depending on the speed at which the sheet metal under d; .n Welding head is moved through. Fluctuations in the supply voltage and the electrode spacing are not detected by this known arrangement, so that under certain circumstances weld seams result, which are not fully welded through and if these seams are subjected to great stress, they break to lead.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso wie das bekannte Verfahren auf die Anwendung des Schweißverfahrens WIG (Wolfram-Inert-Gas), bei welchem eine feststehende, nicht abbrennende Elektrode verwendet wird und die zweite Elektrode durch das Werkstück gebildet wird. Im Gegensatz zu diesem WIG-Verfahren steht das MIG-Verfahren (Metall-Inert-Gas), welches beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 901 094 und die bekanntgemachte deutsche Patentanmeldung G 657 bekanntgeworden ist und bei welchem eine abbrennende Elektrode verwendet wird. Für das MIG-Verfahren wird ein Schweißgleichrichter mit einer Kennlinie benötigt welche durch eine konstante Spannung geprägt ist. Der Abstand der Spitze der Elektrode zum Schweißpunkt ist dabei ein Maß für die Lichtbogenspannung, welche als Regelgröße für den Vorschub der Elektrode, beispielsweise mittels eines Elektromotors nach der deutschen Patentschrift 901 094, herangezogen wird. Der Schweißstrom ist bei dem MIG-Verfahren völlig uninteressant, da hier bei schwankender Stromstärke durch mehr oder weniger schnelles Abbrennen der Elektrode ein automatischer Ausgleich stattfindet, der sich in einer mehr oder weniger starken Schweißraupe der Naht auswirkt.The present invention, like the known method, relates to the application of the TIG (tungsten inert gas) welding process, in which a fixed, non-burning electrode is used and the second electrode is formed by the workpiece. In contrast to this TIG process is the MIG process (metal inert gas), which, for example, by the German patent specification 901 094 and the published German patent application G 657 has become known and in which a burning electrode is used. A welding rectifier with a characteristic is required for the MIG process which is characterized by a constant tension. The distance from the tip of the electrode to the welding point is a measure of the arc voltage, which is used as a control variable for the advance of the electrode, for example by means of an electric motor according to German patent specification 901 094 will. The welding current is completely uninteresting in the MIG process because it fluctuates with the current strength automatic compensation takes place through more or less rapid burning of the electrode, which results in a more or less strong weld bead in the seam.

Das von dem geschilderten MIG-Verfahren her bekannte Regeln der Spannung eines Schweißgleichrichters läßt sich nun an sich auch auf das der Erfindung zugrunde liegende WIG-Verfahrcn übertrage-.:, ist dann jedoch für Bleche und insbesondere für dünne Bleche absolut nicht geeignet. Die Kennlinie eines Schweißgleichrichters nach dem MIG-Verfahren verläuft nämlich parallel zur Abszisse und die Lichtbogen-Kennlinien sind alle schwach ansteigend ausgebildet. Es ergeben sich dementsprechend zwei nahezu parallel verlaufende Kennlinien, was bei einer geringen Spannungsabweichung eine erhebliche Abweichung des Schweißstromes mit sich bringt, wodurch dann entweder die Bleche bei zu hohem Schweißstrom durchgebrannt werden oder sich bei zu niedrigem Schweißstrom keine SchweißnahtThe regulation of the voltage of a welding rectifier known from the MIG process described can now also be transferred to the TIG process on which the invention is based -.:, is then absolutely not suitable for sheet metal and especially for thin sheet metal. The characteristic of a welding rectifier according to the MIG process runs parallel to the abscissa and the Arc characteristics are all designed to rise slightly. Accordingly, there are two characteristic curves running almost parallel, which is a considerable with a small voltage deviation Deviation of the welding current brings with it, which then either the sheets at too high The welding current can be burned out or if the welding current is too low, there is no weld seam

ίο bildet.ίο educates.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des Schweißstroms anzugeben, welches auch beim Einsatz des WIG-Verfahrens automatisch eine gleichbleibende einwandfreie Schweißnaht im Werkstück gewährleistet. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Istwert des Schweißstromes, zu einem zwischen Gleichrichterelementen und Elektroden angeordneten Gleichstromwandler abgegriffen und in einem Regler mit dem von einem Tachogenerator gelieferten Sollwert des Schweißstromes verglichen wird und daß das Stellglied von dem Regler bei einer Regelabweichung im Ausgleichssinn verstellt wird. Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß abweichend von den bisherigen Verfahren erstmals eine Regelschaltung für die Gleichstromschweißung mittels des WIG-Verfahrens angegeben wird, d. h. also, daß der Schweißstrom-Istwert ständig gemessen wird und mittels Störgrößenaufschaltung bei schon geringsten Schwankungen das Stellglied beeinflußt, so daß also die Schweißslromstärke den jeweils gegebenen Anforderungen entspricht. Die Regelung kann schnellstens vorgenommen werden, so daß sich Schwankungen der Speisespannung, des Elektrodenabstandes oder auch Temperaturveränderungen bezüglich des Schweißstromes nicht bemerkbar machen, sondern die Schweißstromstärke immer den Wert erhält, welcher zur Durchschweißung der Schweißnaht jeweils erforderlich ist.The invention is based on the object of specifying a method for regulating the welding current, which automatically a consistently flawless quality even when using the TIG process Guaranteed weld seam in the workpiece. This task is carried out with a method of the one outlined at the beginning Type solved according to the invention in that the actual value of the welding current to an between Rectifier elements and electrodes arranged DC-DC converter tapped and in a controller is compared with the target value of the welding current supplied by a tachometer generator and that the actuator is adjusted by the controller in the event of a control deviation in the compensation sense. The advantage the invention can be seen in the fact that, in contrast to the previous method, a control circuit for the first time is specified for direct current welding using the TIG process, d. H. so that the The actual value of the welding current is measured continuously and by means of disturbance variable feed-in at even the slightest Fluctuations affect the actuator, so that the welding current strength meets the given requirements is equivalent to. The regulation can be carried out as quickly as possible, so that there are fluctuations the supply voltage, the electrode spacing or temperature changes with regard to of the welding current not noticeable, but the welding current strength always receives the value, which is required to weld through the weld seam.

An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Schaltbilder wird das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert.The method according to the invention is illustrated using the circuit diagrams shown in the drawings explained in more detail.

Die F i g. 1 und 2 zeigen zwei Schaltbilder, bei welchen die Stellglieder unterschiedlich ausgebildet sind.The F i g. 1 and 2 show two circuit diagrams in which the actuators are designed differently are.

Mit 1 ist die Speisespannungsquelle bezeichnet, bei welcher es sich beispielsweise um das 50-Hz-Wechselstromnetz handeln kann. An die Spannungsquelle 1 ist der Transformator 2 angeschlossen und dieser ist sekundärseitig mit dem Transduktor 3 eng verbunden. Zwischen den mit ( + ) und (—) bezeichneten Elektroden 4 des Schweißkopfes und dem Transduktor 3 ist ein Gleichstromwandler 5 angeschlossen, an welchem sekundärseitig ein dem Istwert des Schweißstromes entsprechender Strom abgegriffen werden kann. Mit 6 ist ein Tachogenerator bezeichnet, welcher einen Strom liefert, der dem Sollwert des Schweißstromes entspricht. Sollwert und Istwert des Schweißstromes werden verglichen und eirianda überlagert und auf den Regler 7 gegeben. Dieser Regler greift in die Vormagnetisierung der Transduktorkerne 3 ein und bei einer Abweichung zwischen Istwert und Sollwert wird diese Vormagnetisierung über den Regler 7 verstellt. Der Regler 7 erhält seine Energieversorgung über den Transformator 8. Das Potentiometer 9 ist vorgesehen, um unterschiedliche Sollwerte für den Schweißstrom einstellen zu können.1 with the supply voltage source is referred to, which is, for example, the 50 Hz alternating current network can act. The transformer 2 is connected to the voltage source 1 and this is closely connected to the transducer 3 on the secondary side. Between those marked with (+) and (-) Electrodes 4 of the welding head and the transducer 3, a DC converter 5 is connected to from which a current corresponding to the actual value of the welding current is tapped on the secondary side can. 6 with a tachometer generator is referred to, which supplies a current that corresponds to the setpoint of the Welding current. Setpoint and actual value of the welding current are compared and eirianda superimposed and given to the controller 7. This controller intervenes in the premagnetization of the transducer cores 3 on and if there is a discrepancy between the actual value and the setpoint, this premagnetization Adjusted via controller 7. The controller 7 receives its energy supply via the transformer 8. The Potentiometer 9 is provided in order to be able to set different target values for the welding current.

Claims (5)

Die Wirkungsweise des Verfahrens nach der Erfindung gemäß der Schaltung nach F i g. 1 ist folgende: Beim Einschalten des Schweißgleichrichters erhält der Transduktor 3 eine bestimmte Vormagnetisierung, welche ihm von dem Regler 7 vorgegeben wird. Diese Vormagnetisierung ist entsprechend den Materialdaten des zu schweißenden Blechs, beispielsweise durch Einstellung bzw. Verschiebung des Potentiometers 9, vorgegeben worden. Sollte sich nun während des Betriebes der Abstand der Schweißelektroden durch irgendeinen nicht vorhergesehenen Umstand vergrößern, so wird eine höhere Spannung benötigt. Der Schweißstrom fällt kurzzeitig, und durch die dabei auftretende Differenz von Istwert und Sollwert des Stromes erhält der Regler 7 eine solche Information, daß die Vormagnetisierung des Transduktors 3 verändert wird und dementsprechend ein wieder erhöhter Strom zwischen den Elektroden 4 fließen kann. Desgleichen können Spannungsschwankungen der Speisespannungsquelle 1 auf diese Weise ausgeglichen werden, da hiermit sofort Stromschwankungen des Schweißstromes verbunden sind und diese Schwankungen über den Regler durch Änderung der Vormagnetisierung des Transduktors 3 ausgeglichen werden. Auch temperaturbedingte Änderungen der Verhältnisse innerhalb der Schaltung, welche auf den Strom Einfluß nehmen könnten, werden durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung schnellstens ausgeglichen. Es ist somit durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung sichergestellt, daß der Schweißstrom für die Elektroden 4 ständig den zum Schweißen einer voll durchgecchweißten Naht erforderlichen Wert besitzt. Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich gegenüber dem nach Fig. 1 lediglich durch die Wahl des Stellgliedes. Während bei F i g. 1 ein Transduktor vorgesehen ist, wird dieser bei F i g. 2 durch einen Thyristor ersetzt. In der Zeichnung ist schematisch nur ein einziger Thyristor 10 eingezeichnet, der selbstverständlich in der Praxis durch eine komplette Schaltung zu ersetzen wäre. Für die Erfindung ist jedoch nur die Funktion eines solchen Thyristors erheblich, so daß die vereinfachte Darstellung gewählt wurde. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 ist prinzipiell die gleiche wie die der Schaltung nach Fig. 1, jedoch ergeben sich durch den Einsatz des elektronischen Elements »Thyristor« bezüglich der Regelschnelligkeit Verbesserungen, da ein solches Element kürzere Ausregelzeiten besitzt als ein Transduktor. Der Thyristor wird bekanntlich bei jedem Nulldurchgang der Spannung wiedei stromundurchlässig und muß dann jeweils wieder gezündet werden. Diese Zündung wird durch den Regler 7 vorgenommen, der nun den Zeitpunkt der Zündung des Thyristors 10 je nach den Erfordernissen früher oder später legt, so daß dementsprechend mehr oder weniger Strom an die Schweißelektroden 4 gelangt. Die Schaltungen nach der Erfindung haben gegenüber anderen Schaltungen noch den Vorteil, daß beim Anfahren keine besonderen Kunstschaltungen mehr notwendig sind. Durch den langsamen Sollwertanstieg beim .Start kann ein genau definierter Schweißbeginn und ein weicher Schweißstromeinsatz erreicht werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Speisetransformator 2 als Streutransformator ausgebildet. Derartige Transformatoren haben den Vorteil, daß sie auf rasche sekundärseitige Stromänderungen »weich« reagieren, dieselben also bezüglich der Schaltung unwirksam machen. Insbesondere beim Einsatz des Thyristors 10 treten nun solche schlagartigen Stromeinsätze auf, so daß sich hier der Transformator als Streutransformator günstig einsetzen läßt. Der Regler 7, welcher auch als Regelverstärkei bezeichnet sein kann, wird zweckmäßig als Tran- ao sistorverstärker mit großer Verstärkung aufgebaut. Dieser Verstärker sollte so geschaltet sein, daß er Proportional-Integralverhalten bekommt. a5 Patentansprüche:The mode of operation of the method according to the invention according to the circuit according to FIG. 1 is as follows: When the welding rectifier is switched on, the transductor 3 receives a certain premagnetization which is given to it by the controller 7. This premagnetization has been specified in accordance with the material data of the sheet to be welded, for example by setting or shifting the potentiometer 9. If the distance between the welding electrodes increases during operation due to some unforeseen circumstance, a higher voltage is required. The welding current falls briefly, and the difference between the actual value and the nominal value of the current causes the controller 7 to receive such information that the premagnetization of the transducer 3 is changed and a correspondingly increased current can flow between the electrodes 4 again. Voltage fluctuations in the supply voltage source 1 can also be compensated for in this way, since current fluctuations in the welding current are immediately associated with this and these fluctuations are compensated for by changing the premagnetization of the transducer 3 via the controller. Temperature-related changes in the conditions within the circuit, which could influence the current, are also compensated for as quickly as possible by the circuit arrangement according to the invention. It is thus ensured by the circuit arrangement according to the invention that the welding current for the electrodes 4 always has the value required for welding a fully welded seam. The embodiment according to FIG. 2 differs from that of FIG. 1 only in the choice of the actuator. While at F i g. 1 a transducer is provided, this is shown in FIG. 2 replaced by a thyristor. In the drawing, only a single thyristor 10 is shown schematically, which of course would have to be replaced by a complete circuit in practice. For the invention, however, only the function of such a thyristor is relevant, so that the simplified representation was chosen. The mode of operation of the circuit according to FIG. 2 is basically the same as that of the circuit according to FIG. 1, but the use of the electronic element "thyristor" results in improvements in terms of control speed, since such an element has shorter settling times than a transducer. As is well known, the thyristor becomes impermeable to current at each zero crossing of the voltage and must then be re-ignited. This ignition is carried out by the controller 7, which now sets the point in time of the ignition of the thyristor 10 earlier or later, depending on the requirements, so that more or less current is passed to the welding electrodes 4 accordingly. The circuits according to the invention have the advantage over other circuits that no special artificial circuits are necessary when starting up. Due to the slow increase in the setpoint value at the start, a precisely defined start of welding and a soft welding current can be achieved. According to an advantageous development of the invention, the feed transformer 2 is designed as a scatter transformer. Such transformers have the advantage that they react "softly" to rapid changes in current on the secondary side, that is, they render them ineffective with regard to the circuit. In particular, when the thyristor 10 is used, such abrupt current inserts occur, so that the transformer can be used here favorably as a leakage transformer. The controller 7, which can also be referred to as a control amplifier, is expediently constructed as a transistor amplifier with a high gain. This amplifier should be switched in such a way that it has proportional-integral behavior. a5 claims: 1. Verfahren zur automatischen Regelung der Gleichstromlichtbogenschweißung dünner, unter einem feststehenden Schweißkopf durchgezogener Bleche, insbesondere der Längsnahtschweißung rohrförmig gebogener Bleche, unter Schutzgas, bei welcher die Schweißelektroden aus einer Spannungsquelle ^.bei einen Transformator, ein den Schweißstrom einstellendes Stellglied und Gleichrichterelemente gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert des Schweißstromes an einem zwischen Gleichrichterelementen und Elektroden (4) angeordneten Gleichstromwandler (5) abgegriffen und in einem Regler (7) mit dem von einem Tachogenerator (6) gelieferten Sollwert des Schweißstromes verglichen wird und daß das Stellglied von dem Regler (7) bei einer Regelabweichung im Ausgleichssinn verstellt wird. 1. Process for automatic control of direct current arc welding thinner, under a fixed welding head of drawn sheets, in particular the longitudinal seam welding Tubular bent sheets, under protective gas, in which the welding electrodes from a Voltage source ^ .at a transformer the welding current adjusting actuator and rectifier elements are fed, thereby characterized in that the actual value of the welding current at one between rectifier elements and electrodes (4) arranged direct current converter (5) tapped and in a controller (7) with the from a tachometer generator (6) supplied setpoint value of the welding current is compared and that the actuator of the controller (7) is adjusted in the event of a control deviation in the compensation sense. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied ein Transduktor verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a transducer as the actuator is used. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied ein Thyristor (10) verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the actuator is a thyristor (10) is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Transformator (2) ein Streutransformator verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that as a transformer (2) a leakage transformer is used. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler (7) ein Transistorverstärker mit Proportional-Integral-Verhalten verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the controller (7) a transistor amplifier with proportional-integral behavior is used. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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