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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND APPARATUS FOR WELDING A WELD SEAM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/089441
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a welding apparatus (1) for welding a weld seam, in particular a root weld seam, having a reversing welding wire (9), the feed rate VD of which is automatically reduced to a predefined minimum speed value, VDmin, by a controller (4) of the welding apparatus (1) if no short circuit, KS, is detected during an electric arc firing stage within a certain time period, Δt, or within a specific route, Δs, of the welding wire (9).

Inventors:
WALDHÖR ANDREAS (AT)
WILLINGER MARTIN (AT)
Application Number:
PCT/EP2020/080590
Publication Date:
May 14, 2021
Filing Date:
October 30, 2020
Export Citation:
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Assignee:
FRONIUS INT GMBH (AT)
International Classes:
B23K9/09; B23K9/12
Foreign References:
US20070241087A12007-10-18
Attorney, Agent or Firm:
ISARPATENT - PATENT- UND RECHTSANWÄLTE BEHNISCH BARTH CHARLES HASSA PECKMANN UND PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Lichtbogenschweißverfahren zum Schweißen einer Schweiß naht mit einem reversierenden Schweißdraht (9), dessen Vorschubgeschwindigkeit, VD, automatisch auf einen vorge gebenen minimalen Geschwindigkeitswert, Vömin, reduziert wird, falls während einer Lichtbogenbrennphase innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, At, oder innerhalb einer be stimmten Wegstrecke, As, des Schweißdrahtes (9) kein Kurzschluss, KS, detektiert wird.

2. Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorschubgeschwindigkeit, VD, des Schweißdrahtes (9) stufenweise oder kontinuierlich auf den vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert, Vömin, reduziert wird, so bald innerhalb der bestimmten Zeitspanne, At, oder inner halb der bestimmten Wegstrecke, As, kein Kurzschluss, KS, detektiert wird.

3. Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schweißspannung, U, überwacht wird und bei ei nem Einbruch der Schweißspannung, U, ein Kurzschluss, KS, detektiert wird.

4. Lichtbogenschweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei parallel zur Reduzierung der Vorschubgeschwindig keit, VD, des Schweißdrahtes (9) der Schweißstrom, I, auf einen vorgegebenen minimalen Stromwert, Imin redu ziert wird.

5. Lichtbogenschweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schweißdraht (9) nach vorgenommener Reduzie rung seiner Vorschubgeschwindigkeit, VD, auf den vorge gebenen minimalen Geschwindigkeitswert, VDmin, während der Lichtbogenbrennphase mit einer positiven Vorschubbe- wegung in Richtung des zu schweißenden Werkstücks (14A, 14B) bewegt wird, bis ein Kurzschluss, KS, detektiert wird.

6. Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 5, wobei nach Detektion des Kurzschlusses, KS, der Schweiß draht (9) in entgegengesetzter Richtung mit negativer Vorschubgeschwindigkeit, VD, weg von den zu schweißenden Werkstücken (14A, 14B) zurückbewegt wird oder weiter mit verminderter Vorschubgeschwindigkeit hin zu den zu schweißenden Werkstücken (14A, 14B) bewegt wird.

7. Lichtbogenschweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 6, wobei der minimale Geschwindigkeitswert der Vorschubge schwindigkeit, VDmin, des Schweißdrahtes (9) und/oder der minimale Stromwert, Imin, des Schweißstromes, I, entspre chend einer gespeicherten Kennlinie, KL, eingestellt werden.

8. Lichtbogenschweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorschubgeschwindigkeit, VD, des Schweißdrah tes (9) und/oder der Schweißstrom, I, stufenweise oder kontinuierlich entsprechend einer gespeicherten Kennli nie, KL, reduziert werden, sobald innerhalb der bestimm ten Zeitspanne, At, und/oder der bestimmten Wegstrecke, As, kein Kurzschluss, KS, detektiert wird.

9. Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 8, wobei verschiedene Kennlinien, KL, zur Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit, VD, des Schweißdrahtes (9) und/oder zur Reduzierung des Schweißstromes, I, für un terschiedliche Schweißparameter bereitgestellt werden.

10. Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 9, wobei die Schweißparameter insbesondere ein Material und/oder einen Durchmesser des Schweißdrahtes (9), eine Art eines verwendeten Schutzgases und einen Typ eines ausgewählten Schweißverfahrens umfassen.

11. Lichtbogenschweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei der minimale Geschwindigkeitswert der Vorschubge schwindigkeit, VD, des Schweißdrahtes (9) zwischen 0,1 m/min und 5,0 m/min, vorzugsweise in einem Bereich zwi schen 0,5 m/min und 3,0 m/min, liegt.

12. Lichtbogenschweißverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 11, wobei der minimale Stromwert, Imin, des Schweißstromes,

I, zwischen 0 Ampere und 200 Ampere, vorzugsweise in ei nem Bereich zwischen 0 Ampere bis 50 Ampere, liegt.

13. Schweißvorrichtung (1) zum Schweißen einer Schweißnaht, insbesondere einer Wurzelschweißnaht, mit einem rever sierenden Schweißdraht (9), dessen Vorschubgeschwindig keit, VD, durch eine Steuerung (4) der Schweißvorrich- tung (1) automatisch auf einen vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert, VDmin, reduziert wird, falls wäh rend einer Lichtbogenbrennphase innerhalb einer bestimm ten Zeitspanne, At, oder innerhalb einer bestimmten Weg strecke, As, des Schweißdrahtes (9) kein Kurzschluss,

KS, detektiert wird.

14. Schweißvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorschubgeschwindigkeit, VD, des Schweißdrah tes (9) und/oder der Schweißstrom, I, stufenweise oder kontinuierlich entsprechend einer in einem Datenspeicher (22) der Schweißvorrichtung (1) gespeicherten Kennlinie, KL, reduziert werden, falls innerhalb einer bestimmten durch eine Messeinrichtung (23) der Schweißvorrichtung (1) gemessenen Zeitspanne, At, oder innerhalb einer be- stimmten durch eine Messeinrichtung (23) der Schweißvor richtung (1) gemessenen Wegstrecke, As, des Schweißdrah tes (9) kein Kurzschluss, KS, von einer Messeinrichtung (23) der Schweißvorrichtung (1) detektiert wird.

15. Schweißvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die in dem Datenspeicher (22) gespeicherten Kenn linien, KL, aus einer Datenbank heruntergeladen werden.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen einer Schweißnaht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen einer Schweißnaht mit einem reversierenden Schweiß draht bzw. Schweißdrahtelektrode.

Das CMT-Schweißverfahren (CMT: Cold Metal Transfer) ist ein Metallschutzgas-Schweißverfahren mit reversierender Schweiß drahtelektrode. Beim CMT-Schweißprozess wird der unter elektrischer Spannung stehende Schweißdraht in Richtung des Werkstücks bewegt, bis sich ein Kurzschluss bildet. Anschlie ßend wird der Schweißdraht in entgegengesetzter Richtung zu rückbewegt. Durch die Drahtbewegung können sich beim Kurz schluss die Schweißperlen von dem Schweißdraht ablösen, so- dass weniger Spritzer während des Schweißprozesses entstehen. Durch die geregelte Stromzufuhr und die unterstützende Wir kung der Drahtbewegung des Schweißdrahtes beim Werkstoffüber- gang erfolgt zudem ein geringer Wärmeeintrag auf den Grund werkstoff.

Beim Wurzelschweißen mit größeren Spalten kann es jedoch V or kommen, dass bei gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit der Schweißdraht das Schmelzbad durchsticht. Dies kann insbeson dere V orkommen, falls die Drahtvorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes noch relativ hoch ist, sodass der Schweißdraht in der Vorwärtsbewegung hin zu dem Schmelzbad dieses durch sticht und somit kein Kurzschluss erkannt werden kann. Bei herkömmlichen CMT-Schweißprozessen bestehen in der Lichtbo genphase nur zwei Vorschubphasen. Während eines Booststromes weist der Schweißdraht eine bestimmte Vorschubgeschwindigkeit auf, welche bei einer anschließenden Kurzschlusswartephase reduziert ist, bis ein Kurzschluss eintritt. Beim Wurzel schweißen besteht jedoch die Gefahr, dass das Schmelzbad vom Schweißdraht durchstochen wird und demzufolge kein Kurz schluss erkannt werden kann. Das Durchstechen des Schmelzba des führt dazu, dass der Lichtbogen erlischt. Das ungewollte Durchstechen des Schmelzbades führt somit zu einer erhebli- chen Qualitätsverschlechterung der hergestellten Schweißnaht, da unaufgeschmolzener Schweißdraht auf der Unterseite der Wurzel herausragt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen einer Schweiß naht mit erhöhter Schweißnahtqualität zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lichtbogen schweißverfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung schafft demnach ein Lichtbogenschweißverfahren zum Schweißen einer Schweißnaht mit einem reversierenden Schweißdraht, dessen Vorschubgeschwindigkeit automatisch auf einen vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert reduziert wird, falls während einer Lichtbogenbrennphase innerhalb ei ner bestimmten Zeitspanne oder innerhalb einer bestimmten Wegstrecke des Schweißdrahtes kein Kurzschluss detektiert wird.

Das erfindungsgemäße Lichtbogenschweißverfahren verhindert insbesondere ein Durchstechen eines Schmelzbades durch den Schweißdraht bei größeren Spalten, insbesondere bei der Her stellung einer Wurzelschweißnaht.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens wird die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes stufenweise oder kontinuierlich auf einen vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert reduziert, sobald innerhalb der bestimmten Zeitspanne oder innerhalb der be stimmten Wegstrecke kein Kurzschluss detektiert wird.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens wird die Schweißspannung überwacht und bei Einbruch der Schweißspannung ein Kurz schluss automatisch detektiert. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens wird parallel zur Redu zierung der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes der Schweißstrom auf einen vorgegebenen minimalen Stromwert redu ziert.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens wird der Schweißdraht nach vorgenommener Reduzierung seiner Vorschubgeschwindigkeit auf den vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert während der Lichtbogenbrennphase mit einer positiven Vorschubbewegung in Richtung des zu schweißenden Werkstücks bewegt, bis ein Kurzschluss detektiert wird.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens wird nach Detektion des Kurzschlusses der Schweißdraht in entgegengesetzter Richtung mit negativer Vorschubgeschwindigkeit weg von den zu schwei ßenden Werkstücken zurückbewegt.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens wird nach Detektion des Kurz schlusses der Schweißdraht weiter mit verminderter positiver Vorschubgeschwindigkeit hin zu den zu schweißenden Werkstü cken bewegt.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens werden der minimale Ge schwindigkeitswert der Vorschubgeschwindigkeit des Schweiß drahtes und/oder der minimale Stromwert des Schweißstromes entsprechend einer gespeicherten Kennlinie eingestellt.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens wird die Vorschubge schwindigkeit des Schweißdrahtes und/oder der Schweißstrom stufenweise oder kontinuierlich entsprechend einer gespei- cherten Kennlinie reduziert, sobald innerhalb der bestimmten Zeitspanne und/oder der bestimmten Wegstrecke kein Kurz schluss detektiert wird.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens werden verschiedene Kenn linien zur Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes und/oder zur Reduzierung des Schweißstromes für unterschiedliche Schweißparameter bereitgestellt.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens umfassen die Schweißpara meter insbesondere ein Material und/oder einen Durchmesser des Schweißdrahtes, eine Art eines verwendeten Schutzgases und einen Typ eines ausgewählten Schweißverfahrens.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens liegt der minimale Ge schwindigkeitswert der Vorschubgeschwindigkeit des Schweiß drahtes zwischen 0,1 und 5,0 m/min.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens liegt der minimale Geschwindig keitswert der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes in einem Bereich zwischen 0,5 und 3,0 m/min.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens liegt der minimale Geschwindig keitswert der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes bei etwa 1 m/min.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens liegt der minimale Strom wert des Schweißstromes zwischen 0 Ampere und 200 Ampere.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens liegt der minimale Stromwert des Schweißstromes in einem Bereich zwischen 0 Ampere bis 50 Am pere, vorzugsweise bei etwa 20 Ampere.

Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt eine Schweißvorrichtung mit den in Patentanspruch 13 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung schafft demnach eine Schweißvorrichtung zum Schweißen einer Schweißnaht, insbesondere einer Wurzel schweißnaht, mit einem reversierenden Schweißdraht, dessen Vorschubgeschwindigkeit durch eine Steuerung der Schweißvor richtung automatisch auf einen vorgegebenen minimalen Ge schwindigkeitswert reduziert wird, falls während einer Licht bogenbrennphase innerhalb einer bestimmten Zeitspanne oder innerhalb einer bestimmten Wegstrecke des Schweißdrahtes kein Kurzschluss detektiert wird.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung werden die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes und/oder der Schweißstrom stufenweise oder kontinuierlich entsprechend einer in einem Datenspeicher der Schweißvorrichtung gespeicherten Kennlinie reduziert, falls innerhalb einer bestimmten durch eine Messeinrichtung der Schweißvorrichtung gemessenen Zeitspanne oder innerhalb einer bestimmten durch eine Messeinrichtung der Schweißvorrichtung gemessenen Wegstrecke des Schweißdrahtes kein Kurzschluss von einer Detektionseinrichtung der Schweißvorrichtung detektiert wird.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungs gemäßen Schweißvorrichtung werden die in dem Datenspeicher gespeicherten Kennlinien aus einer Datenbank heruntergeladen.

Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Lichtbogenschweißverfahrens und der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figu ren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Schweißvorrichtung zum Schweißen einer Schweißnaht;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung zum Schweißen einer Schweißnaht;

Fig. 3 Signaldiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens und der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 zum Schweißen einer Schweißnaht. Wie man in Fig. 1 erkennen kann, umfasst die Schweißvorrichtung 1 ei ne Stromquelle 2 mit einem darin vorgesehenen Leistungsteil 3. Die Schweißvorrichtung 1 weist eine Steuerung 4 auf, die zur Regelung von Schweißparametern P vorgesehen ist. Diese Schweißparameter P umfassen beispielsweise einen Schweißstrom I und eine Vorschubgeschwindigkeit V D eines Schweißdrahtes 9. Dieser Schweißdraht 9 umfasst eine abschmelzende Schweiß drahtelektrode. Die Steuereinrichtung 4 kann beispielsweise mit einem Steuerventil verbunden sein, welches in einer Ver sorgungsleitung für ein Schutzgas 5 zwischen einem Gasspei cher 6 und einem Schweißbrenner 7 angeordnet ist. Die Steue rung 4 steuert eine Einrichtung 8 zur Förderung der abschmel zenden Schweißdrahtelektrode 9 an. Dabei kann über eine Ver sorgungsleitung der Schweißdraht 9 von einer Vorratstrommel 10 im Schweißbrenner 7 der Schweißvorrichtung 1 zugeführt werden. Die Fördereinrichtung 8 kann in einem Gehäuse 11 der Stromquelle 2 integriert sein oder, wie in Fig. 1 darge stellt, in einem Zusatzgerät auf einem Fahrwagen 12 positio niert sein. Der Gleichstrom I zum Aufbauen eines Lichtbogens 13, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wird über eine Schweißleitung in dem Leistungsteil 3 der Stromquelle 2 der Schweißdrahtelekt rode 9 zugeführt. Der Lichtbogen 13 besteht zwischen dem Schweißdraht und den Werkstücken 14A, 14B, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt. In dem in Fig. 1 dargestellten Bei spiel werden zwei Werkstücke 14A, 14B miteinander ver schweißt. Beispielsweise werden Werkstücke 14A, 14B stirnsei tig miteinander verschweißt. Dabei besteht zwischen den Stirnseiten der beiden Werkstücke 14A, 14B ein Spalt, in dem ein Schmelzbad entsteht. Die Schweißvorrichtung 1 verhindert, dass die Schweißdrahtelektrode 9 das Schmelzbad zwischen den Stirnseiten der beiden Werkstücke 14A, 14B durchsticht. Die in Fig. 1 dargestellte Schweißvorrichtung 1 eignet sich somit zum Herstellen einer Wurzelschweißnaht.

Die Stromquelle 2 weist bei einer Ausführungsform eine Nut zerschnittstelle bzw. Ein- und Ausgabevorrichtung 18 auf, über die unterschiedliche Schweißparameter P, Betriebsarten oder Schweißprogramme eingestellt werden können. Die Steue rung 4 der Vorrichtung 1 steuert in Abhängigkeit der einge stellten Schweißparameter P, Betriebsdaten und Schweißpro gramme Komponenten der Schweißvorrichtung 1 an. Bei Verwen dung eines entsprechenden Schweißbrenners 7 können auch dort Einstellvorgänge vorgenommen werden. Der Schweißbrenner 7 kann mit einer separaten Schweißbrenner-Ein- und Ausgabevor richtung 19 ausgestattet sein. Bei einer möglichen Ausfüh rungsform ist der Schweißbrenner 7 über einen Datenbus mit der Stromquelle 2, insbesondere der darin integrierten Steue rung 4, und mit der Fördervorrichtung 8 zur Förderung des Schweißdrahtes 9 verbunden.. Der Schweißbrenner 7 ist über ein Schlauchpaket 21 mit der Stromquelle 2 der Schweißvor richtung 1 verbunden. In dem Schlauchpaket 21 sind verschie dene Leitungen, insbesondere Versorgungsleitungen für die Schweißdrahtelektrode 9, für das Schutzgas 5, für den Kühl kreislauf sowie für Datenübertragungsleitungen vorgesehen. Der Schweißdraht 9 der Schweißvorrichtung 1 ist reversierend ausgebildet, d.h., er kann sowohl mit einer Vorwärtsbewegung in Richtung hin auf die Werkstücke 14 bewegt werden als auch mit einer Rückwärtsbewegung weg von den Werkstücken 14. Die Vorschubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 wird durch die Steuerung 4 der Schweißvorrichtung 1 gesteuert. Die Vor schubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 wird durch die Steuerung 4 der Schweißvorrichtung 1 automatisch auf einen vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert VDmin reduziert, falls während einer Lichtbogenbrennphase LBBP innerhalb einer bestimmten Zeitspanne At oder innerhalb einer bestimmten Weg strecke As des Schweißdrahtes 9 kein Kurzschluss KS detek- tiert wird. Dabei wird die Vorschubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 und/oder der Schweißstrom I stufenweise oder kontinuierlich entsprechend einer in einem Datenspeicher 22 der Schweißvorrichtung 1 gespeicherten Kennlinie KL redu ziert, falls innerhalb einer bestimmten durch eine Messein richtung 23 der Schweißvorrichtung 1 gemessenen Zeitspanne At oder innerhalb einer bestimmten durch eine Messeinrichtung 23 der Schweißvorrichtung 1 gemessenen Wegstrecke As des Schweißdrahtes 9 kein Kurzschluss KS von einer Detektionsein richtung der Schweißvorrichtung 1 detektiert wird. Die Mess einrichtung 23 ist vorzugsweise auch in der Lage einen Kurz schluss KS zu detektieren, beispielsweise anhand der über wachten Schweißspannung U. Bricht die Schweißspannung U ein, wird ein Kurzschluss KS durch die Messeinrichtung 23 detek tiert.

Bei einer möglichen Ausführungsform können die in dem Daten speicher 22 der Schweißvorrichtung 1 gespeicherten Kennlinien KL aus einer Datenbank heruntergeladen werden. Hierzu verfügt die Schweißvorrichtung 1 bei einer möglichen Ausführungsform über eine Datenschnittstelle, die über ein Datennetzwerk mit einem entfernten Server in Verbindung steht, um von einer Plattform oder Datenbank oder gespeicherte Kennlinien KL in den lokalen Datenspeicher 22 der Schweißvorrichtung 1 herun terzuladen. Fig. 2 zeigt schematisch Komponenten der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1. Ein Schweißbrenner 7 ist über ein Schlauchpaket 21 mit der Stromquelle 2 der Schweißvorrichtung 1 verbunden. Im Gehäuse der Stromquelle 2 befindet sich vor zugsweise die Steuerung 4 mit einem Leistungsteil 3. Die Steuerung 4 hat bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsform der Schweißvorrichtung 1 Zugriff auf einen lokalen Datenspeicher (DS) 22, in dem ein oder mehrere Kenn linien KL abgelegt sein können. Weiterhin sind in dem Gehäuse der Stromquelle 2 Messeinrichtungen 23 vorgesehen, um ver schiedene Parameter zu erfassen. Der reversierende Schweiß draht 9 weist eine Vorschubgeschwindigkeit V D auf, die durch die Steuerung 4 der Schweißvorrichtung 1 gesteuert werden kann. Die Vorschubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 wird durch die Steuerung 4 der Schweißvorrichtung 1 automa tisch auf einen vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert V ömin reduziert, falls während einer Lichtbogenbrennphase in nerhalb einer bestimmten Zeitspanne At oder innerhalb einer bestimmten Wegstrecke As des Schweißdrahtes 9 kein Kurz schluss KS durch eine entsprechende Messeinrichtung 23 der Schweißvorrichtung 1 detektiert wird.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Vorschubge schwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 durch die Steuerung 4 stufenweise auf einen vorgegebenen minimalen Geschwindig keitswert V Dmin reduziert, sofern innerhalb der bestimmten Zeitspanne At oder innerhalb der bestimmten Wegstrecke As kein Kurzschluss KS detektiert wird. Alternativ kann die Vor schubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 durch die Steue rung 4 auch kontinuierlich auf den vorgegebenen minimalen Ge schwindigkeitswert V Dmin reduziert werden, sofern innerhalb der bestimmten Zeitspanne At oder innerhalb der bestimmten Wegstrecke As kein Kurzschluss KS detektiert worden ist. Vor zugsweise wird die Schweißspannung U durch eine Messeinrich tung 23 der Schweißvorrichtung 1 überwacht. Bei einem Ein bruch der Schweißspannung U wird automatisch ein Kurzschluss KS detektiert. Die Reduzierung der Drahtvorschubgeschwindig keit V D des Schweißdrahtes 9 kann somit entweder über einen einstellbaren Zeitzyklus oder über eine definierte Wegstrecke erfolgen.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung wird parallel zur Reduzierung der Vor schubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 der Schweißstrom I auf einen vorgegebenen minimalen Stromwert I min reduziert. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Schweißdraht 9 nach vorgenommener Reduzierung seiner Vorschubgeschwindigkeit V D auf den vorgegebenen minimalen Geschwindigkeitswert V Dmin während der Lichtbogenbrennphase mit einer positiven Vor schubbewegung in Richtung der zu schweißenden Werkstücke 14A, 14B bewegt, bis ein Kurzschluss KS detektiert worden ist.

Nach Detektion des Kurzschlusses KS wird der Schweißdraht 9 anschließend in entgegengesetzter Richtung mit negativer Vor schubgeschwindigkeit V D weg von den zu schweißenden Werkstü cken 14A, 14B zurückbewegt.

Sowohl der minimale Geschwindigkeitswert der Vorschubge schwindigkeit V Dmin des Schweißdrahtes 9 als auch der minimale Stromwert I min des Schweißstromes werden bei einer möglichen Ausführungsform entsprechend einer gespeicherten Kennlinie KL eingestellt. Diese Kennlinie KL wird vorzugsweise in einem lokalen Datenspeicher 22 der Stromquelle 2 gespeichert. Bei einer möglichen Ausführungsform können die Kennlinien KL über eine Datenschnittstelle von einer entfernten Datenbank in den lokalen Datenspeicher 22 der Stromquelle 2 heruntergeladen werden. Bei einer möglichen Ausführungsform werden verschie dene Kennlinien KL zur Reduzierung der Vorschubgeschwindig keit V D des Schweißdrahtes 9 und/oder zur Reduzierung des Schweißstromes I für unterschiedliche Schweißparameter P be reitgestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform berechnet ein Prozessregler (nicht dargestellt) der Stromquelle 2, vor zugsweise durch Interpolation, aufgrund der eingestellten Schweißparameter SP sich die Kennlinienpunkte KL zur Reduzie- rung der Vorschubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 und/oder zur Reduzierung des Schweißstromes I .Diese Schweiß parameter P umfassen insbesondere ein Material und/oder einen Durchmesser des Schweißdrahtes 9, eine Art des verwendeten Schutzgases 5 und/oder einen Typ eines durch den Nutzer aus gewählten Schweißverfahrens bzw. Schweißbetriebsmodus.

Der minimale Geschwindigkeitswert der Vorschubgeschwindigkeit V ömin des Schweißdrahtes 9 kann je nach Anwendungsfall unter schiedlich berechnet, konfiguriert bzw. definiert sein. Bei einer möglichen Ausführungsform liegt der minimale Geschwin digkeitswert der Vorschubgeschwindigkeit V D des Schweißdrah tes 9 zwischen 0,1 m/min und 0,5 m/min. Vorzugsweise beträgt die Vorschubgeschwindigkeit VD 0,5 m/min bis 3,0 m/min. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Minimalgeschwindig keit V Dmin des Schweißdrahtes 9 beispielsweise etwa 1 m/min. Der minimale Stromwert I min des Schweißstromes I liegt bei ei ner möglichen Ausführungsform unter 200 Ampere, vorzugsweise im Bereich von 0 Ampere bis zu 50 Ampere. Bei einer möglichen Ausführungsform liegt der minimale Stromwert I min des Schweiß stromes I beispielsweise bei etwa 20 Ampere.

Fig. 3 zeigt einen Prozessablauf zur Erläuterung der Funkti onsweise des erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahrens und der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 zum Schweißen einer Schweißnaht. Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf eines Schweißstromes I und einer Schweißspannung U sowie einer Vor schubgeschwindigkeit V D während eines Lichtbogenschweißpro zesses. Der Lichtbogenschweißprozess hat eine Lichtbogen brennphase LBBP und eine Kurzschlussphase KSP welche sich pe riodisch wiederholen. Bei dem Lichtbogenschweißprozess ist die Bewegung des Schweißzusatzwerkstoffes bzw. der Schweiß drahtelektrode 9 aktiv in die Regelung des Schweißprozesses eingebunden. Es kann dabei der Schweißdraht 9 vorzugsweise vor und zurück bewegt werden. Während der Lichtbogenbrennpha se LBBP des Lichtbogens 13 wird der Schweißdraht 9 in Rich tung hin zu dem Werkstück 14 geführt (V D > 0). Die Vorschub- geschwindigkeit V D wird dabei auf den berechneten, vorgegebe nen bzw. vorkonfigurierten minimalen Geschwindigkeitswert V ömin reduziert, falls während der Lichtbogenbrennphase LBBP innerhalb einer bestimmten vorgegebenen Zeitspanne At oder innerhalb einer bestimmten vorgegebenen Wegstrecke As des Schweißdrahtes 9 kein Kurzschluss KS detektiert wird. Das Re duzieren der Vorschubgeschwindigkeit V D erfolgt bei einer möglichen Ausführungsform über einen einstellbaren Zeitzyklus T. Wie man in Fig. 3 erkennen kann, kann während einer Licht bogenbrennphase LBBP der Schweißdraht 9 mit einer positiven Vorschubgeschwindigkeit V D nach vorne bewegt. Die Vorschubge schwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 kann nach einer gewis sen Zeitdauer zum Zeitpunkt tu von einem hohen Geschwindig keitsniveau V D I auf ein etwas niedrigeres Niveau V D2 abgesenkt werden, wobei dann in einer Wartephase WP gewartet wird, ob ein Kurzschluss KS erkannt wird oder nicht. Der Zeitpunkt tu markiert den Beginn der Kurzschlusswartephase WP. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel wird während des ersten Zeitzyklus TI innerhalb der vorgesehenen maximalen Wartezeit zum Zeitpunkt ti2 erkannt, dass ein Kurzschluss KS aufgetre ten ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel bricht wäh rend der Wartephase WP die überwachte Schweißspannung U zum Zeitpunkt ti2 ein und anhand des Spannungseinbruchs kann au tomatisch detektiert werden, dass ein Kurzschluss KS aufge treten ist. Die Drahtvorschubgeschwindigkeit V D des Schweiß drahtes 9 wird infolge des erkannten Kurzschlusses KS nach dem Zeitpunkt ti2 vom Geschwindigkeitsniveau V D 2 aus automa tisch schnell weiter reduziert und nimmt einen negativen Wert ein (V D < 0) , d.h., die Schweißdrahtelektrode 9 wird von dem

Werkstück 14 wegbewegt.

In dem zweiten in Fig. 3 dargestellten zweiten Zeitzyklus T2 kommt es während der vordefinierten maximalen Wartephase WP m ax zu keinem Einbruch der überwachten Schweißspannung U. Die Wartephase WP2 im zweiten Zeitzyklus T2 beginnt zum Zeitpunkt 121, wenn der Vorschubgeschwindigkeitswert V D ausgehend von dem Geschwindigkeitsniveau V D I auf das Geschwindigkeitsniveau V D 2 abgesenkt wird. Die Wartephase WP im zweiten Zeitzyklus T2 endet nach Ablauf einer vorgegebenen maximalen Wartezeit dauer zum Zeitpunkt t22.Die Vorschubgeschwindigkeit V D des Schweißdrahtes 9 wird während der Lichtbogenbrennphase LBBP nach Ablauf der Wartezeit bzw. maximalen Wartephase WP max zum Zeitpunkt t22 automatisch stufenweise zu den Zeitpunkten t23,

124 125 12 6 weiter reduziert, wie in Fig. 3 dargestellt ist, insbesondere um ein weiteres Durchstechen eines Schmelzbades in der zwischen den Werkstücken 14A, 14B vorhandenen Spalte zu verhindern. Wie man in Fig. 3 erkennen kann, wird die Drahtvorschubgeschwindigkeit V D in mehreren Stufen bzw. Schritten reduziert, bis ein vorgegebener minimaler Geschwin digkeitswert V ömin zum Zeitpunkt t26 erreicht ist. Mit dieser geringen Vorschubgeschwindigkeit V ömin wird der Schweißdraht 9 weiter fortbewegt, bis schließlich der Kurzschluss KS zum Zeitpunkt t27 detektiert wird. Sobald der Kurzschluss KS er kannt worden ist, wird der Schweißdraht 9 vorzugsweise mit einer negativen Vorschubgeschwindigkeit V D bewegt, d.h. in entgegengesetzter Richtung weg von den Werkstücken 14A, 14B. Dabei löst sich der in der Lichtbogenbrennphase LBBP geformte Schweißtropfen ab. Um das schnelle Durchstechen des Schmelz bades mit dem Schweißdraht 9, insbesondere bei der Herstel lung einer Wurzelschweißnaht, zu verhindern, wird bei dem er findungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahren der Drahtvorschub in der Kurzschlusswartephase KSP schrittweise reduziert. Um zu verhindern, dass der Schweißdraht 9 zu weit in Richtung auf das Kontaktrohr schmelzen kann, wird vorzugsweise eine Minimumgeschwindigkeit V Dmin definiert. Bei einer möglichen Ausführungsform wird parallel dazu der Schweißstrom I schrittweise reduziert und begrenzt, um ein kontrolliertes Abschmelzen der Schweißdrahtelektrode 9 zu gewährleisten. Mit dem erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißverfahren wird die Qualität der hergestellten Schweißnaht erhöht. Das erfin dungsgemäße Lichtbogenschweißverfahren eignet sich insbeson dere zur Herstellung einer Wurzelschweißnaht. Beim einlagigen Schweißen im Stumpfstoß liegt die Wurzel der Schweißnaht auf derjenigen Seite, die für den Schweißer nicht zugänglich ist. Bei der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 kann bei einer möglichen Ausführungsform die momentan eingestellte Kennlinie KL über die Vorschubgeschwindigkeit V D auf einer Anzeige ei ner Nutzerschnittstelle 18 der Stromquelle 2 dem Schweißer angezeigt werden. Bei einer möglichen Ausführungsvariante weist die Nutzerschnittstelle 18 der Stromquelle 2 einen Touchscreen auf, der zur Veränderung der Kennlinie KL seitens des Schweißers bedient werden kann. Beispielsweise kann der Schweißer bei einer möglichen Ausführungsvariante die in Fig. 3 dargestellte Kennlinie KL zur stufenweise Verminderung der Drahtvorschubgeschwindigkeit über die Nutzerschnittstelle 18 anpassen. Für unterschiedliche Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 können unterschiedli che Messeinrichtungen 23 zur Messung der Wegstrecke As des Schweißdrahtes 9 und/oder der Zeitspanne At eingesetzt wer den. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Wegstrecke As des Schweißdrahtes 9 anhand einer gemessenen Zeitspanne und dem aktuellen Verlauf der Vorschubgeschwindigkeit V D be rechnet werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsvari ante kann die Wegstrecke As des Schweißdrahtes 9 auch bei spielsweise optisch detektiert werden. Die Wegstrecke As kann bei einer möglichen Ausführungsform mittels eines Encoders der Drahtvorschubeinheit detektiert werden, der eine Messein heit bildet. Der Encoder bildet dabei einen Signalgeber. Der Encoder kann am Schweißbrenner 7 vorgesehen sein. Weitere Ausführungsvarianten zur Messung der Wegstrecke As sind dem Fachmann bekannt. Die Kennlinie KL der Vorschubgeschwindig keit V D des Schweißdrahtes 9 und insbesondere die minimale Geschwindigkeit V Dmin kann entsprechend einer Dicke D der zu verschweißenden Werkstücke 14A, 14B eingestellt sein. Bei ei ner möglichen Ausführungsform gibt der Schweißer beispiels weise die Dicke D der zu verschweißenden Bleche ein und eine entsprechende Kennlinie KL wird durch die Steuerung 4 zur Steuerung des Schweißprozesses herangezogen. Bei einer weite ren möglichen Ausführungsform berechnet der Prozessregler (nicht dargestellt) der Schweißstromquelle 2 aufgrund der vorhandenen Schweißparameter die Kennlinienarbeitspunkte und erstellt die Kennlinie KL automatisch. Das erfindungsgemäße Lichtbogenschweißverfahren erlaubt einen nahezu stromlosen Werkstoffübergang sowie eine kontrollierte, saubere und spritzerfreie Tropfenablösung. Ferner wird ein unkontrollier tes Durchstechen eines Schmelzbades in einem größeren Spalt zwischen Werkstücken verhindert.

Bezugszeichenliste

1 Schweiß V orrichtung

2 Stromquelle 3 Leistungsteil

4 Steuerung

5 Schutzgas

6 Gasspeicher 7 Schweißbrenner 8 Fördereinrichtung

9 Schweißdraht

10 Vorratstrommel 11 Stromquellengehäuse 12 Fahrwagen LB Lichtbogen 14 Werkstücke 18 Nutzerschnittstelle

19 Schweißbrenner-Ein- und Ausgabevorrichtung

20 Hitzeschützschild 21 Schlauchpaket 22 Datenspeicher 23 Messeinrichtung