EP-4737042-A2 - METAL PROTECTIVE GAS ARC JOINING DEVICE FOR HAND ARC JOINING AND METHOD FOR HAND ARC JOINING

Abstract

Die Erfindung schafft ein Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) für das Hand-Lichtbogenfügen (HLF) sowie Verfahren zum Hand-Lichtbogenfügen. Das Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) umfasst zumindest: - eine Stromquelle (150); - eine Handhabungseinheit (112); - eine Haupt-Drahtzuführeinrichtung (110) zum Fördern einer Drahtelektrode (10); und - eine mit der Handhabungseinheit (112) verbundene Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) zum Fördern eines Zusatzdrahts (20); - eine Benutzerschnittstelle (160), welche dazu eingerichtet ist, ein End-Signal zu erzeugen; - eine Steuereinrichtung (140), welche dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf das End-Signal: a) einen bei Empfang des End-Signals an der lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode (10) anliegenden Lichtbogen (4) nach Empfang des End-Signals noch für mindestens eine Minimal-Zeitdauer (Tmin) aufrechtzuerhalten, bevor sein Erlöschen bewirkt oder zugelassen wird, und b) eine Vorschubgeschwindigkeit (vZ) des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) zumindest während der Minimal-Zeitdauer (Tmin) zumindest zeitweise zu ändern.

Inventors

• WALDHÖR, Andreas
• SÖLLINGER, Dominik

Assignees

• FRONIUS INTERNATIONAL GmbH

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250911

Claims (16)

1. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) für das Hand-Lichtbogenfügen (HLF), umfassend: - eine Stromquelle (150); - eine Handhabungseinheit (112); - eine Haupt-Drahtzuführeinrichtung (110) zum Fördern einer lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode (10); und - eine mit der Handhabungseinheit (112) verbundene Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) zum Fördern eines abschmelzenden Zusatzdrahts (20); - eine Benutzerschnittstelle (160), welche dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf eine Benutzereingabe zum Beenden des Hand-Lichtbogenfügens (HLF) ein End-Signal zu erzeugen; - eine Steuereinrichtung (140), welche dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf das End-Signal: a) die Stromquelle (150) und die Haupt-Drahtzuführeinrichtung(110) zu steuern, einen bei Empfang des End-Signals an der lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode (10) anliegenden Lichtbogen (4) nach Empfang des End-Signals noch für mindestens eine Minimal-Zeitdauer (Tmin) aufrechtzuerhalten, bevor sein Erlöschen bewirkt oder zugelassen wird, und b) die Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) zu steuern, dass der abschmelzende Zusatzdraht (20) zumindest während der Minimal-Zeitdauer (Tmin) zumindest zeitweise seine Vorschubgeschwindigkeit (vZ) ändert.
2. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) für das Hand-Lichtbogenfügen (HLF), wobei die Steuereinrichtung (140) ferner dazu eingerichtet ist, die Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) zu steuern, dass eine Vorschubgeschwindigkeit (vZ) des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) während der Minimal-Zeitdauer (Tmin) reduziert wird, auf null sinkt, und/oder negativ wird.
3. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Minimal-Zeitdauer (Tmin) mindestens 10 Millisekunden, bevorzugt mindestens 50 Millisekunden beträgt.
4. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (140) dazu eingerichtet ist, das Aufrechterhalten (S130) des Lichtbogens (4) nach Empfang des End-Signals spätestens dann zu beenden, wenn der Lichtbogen (4) für eine Maximal-Zeitdauer (Tmax) aufrechterhalten wurde; wobei die Maximal-Zeitdauer (Tmax) 500 Millisekunden oder weniger, bevorzugt 300 Millisekunden oder weniger, beträgt.
5. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Zusatzdraht-Kurzschluss-Erfassungseinrichtung (170), welche dazu eingerichtet ist, zu erfassen, ob ein Kurzschluss des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) mit einem Werkstück (1, 2) vorliegt.
6. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Zusatzdraht-Kurzschluss-Erfassungseinrichtung (170) dazu eingerichtet ist, ein Eintreten eines Kurzschlusses anhand einer Spannungsänderung an dem abschmelzenden Zusatzdraht (20) und/oder anhand einer Änderung einer benötigten oder ausgeübten Drahtvorschubkraft zum Fördern des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) durch die Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) zu erfassen.
7. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (140) dazu eingerichtet ist, das Aufrechterhalten (S130) des Lichtbogens (4) nach Empfang des End-Signals und nach Ablauf der Minimal-Zeitdauer (Tmin) spätestens dann zu beenden, wenn durch die Zusatzdraht-Kurzschluss-Erfassungseinrichtung (170) ein Aufbruch des Kurzschlusses des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) mit dem Werkstück (1, 2), erfasst wird.
8. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (140) dazu eingerichtet ist, eine Drahtlänge des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) zu erfassen, um welche der abschmelzende Zusatzdraht (20) rückwärts gefördert wurde, bis durch die Zusatzdraht-Kurzschluss-Erfassungseinrichtung (170) der Aufbruch des Kurzschlusses erfasst wurde; und ferner dazu eingerichtet ist, den abschmelzenden Zusatzdraht (20), nachdem er rückwärts gefördert wurde, unter Berücksichtigung der erfassten Drahtlänge vorwärts auf eine eingestellte Stick-Out-Länge zu fördern, wobei das Vorwärtsfördern insbesondere mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von mindestens 5 Metern pro Minute, bevorzugt von mindestens 8 Metern pro Minute, besonders bevorzugt von zwischen 8 Metern pro Minute und 15 Metern pro Minute, insbesondere von 10 Metern pro Minute, erfolgt.
9. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Benutzerschnittstelle (160) außerdem dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf eine Benutzereingabe zum Beginnen des Hand-Lichtbogenfügens (HLF) ein Start-Signal zu erzeugen; und wobei die Steuereinrichtung (140) dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf das Start-Signal die Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) zu steuern, den abschmelzenden Zusatzdraht (20) vorwärts zu fördern, bis die Zusatzdraht-Kurzschluss-Erfassungseinrichtung (170) einen Kurzschluss zwischen dem abschmelzenden Zusatzdraht (20) und dem Werkstück (1, 2) erfasst; wobei die Steuereinrichtung (140) außerdem dazu eingerichtet ist, die Stromquelle (150) und die Haupt-Drahtzuführeinrichtung (110) frühestens dann zu steuern, den Lichtbogen (4) für das Hand-Lichtbogenfügen (HLF) an der lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode (10) zu erzeugen, wenn der Kurzschluss zwischen dem abschmelzenden Zusatzdraht (20) und dem Werkstück (1, 2) erfasst wurde; und wobei die Steuereinrichtung (140) außerdem dazu eingerichtet ist, die Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) zu steuern, den abschmelzenden Zusatzdraht (20) bis zum Erfassen des Kurzschlusses mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit (vZ1) vorwärts zu fördern als bei dem nachfolgenden Hand-Lichtbogenfügen (HLF) während des Brennens des Lichtbogens (4).
10. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß Anspruch 9, wobei das Vorwärts-Fördern, welches als Reaktion auf das Start-Signal erfolgt, mit einer Vorschubgeschwindigkeit (vZ1) zwischen 1,5 Metern pro Minute und 6 Metern pro Minute erfolgt.
11. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (140) dazu eingerichtet ist, die Stromquelle (150) zu steuern, den elektrischen Strom (IF) des Lichtbogens (4) mit Empfang des End-Signals zu senken oder zu erhöhen, insbesondere um 50 %, und/oder die Stromzeitfläche für 100 Millisekunden oder mehr zu verlängern oder zu verringern.
12. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Drahtendenführung (123) der Zusatz-Drahtzuführeinrichtung (120) derart angeordnet und eingerichtet ist, dass der abschmelzende Zusatzdraht (20), bei dem Hand-Lichtbogenfügen (HLF) an einem zu fügenden Werkstück (1, 2) derart auftrifft, dass er, während er angeschmolzen wird, auf das Werkstück (1, 2) eine Kraft (K) ausübt und somit eine Gegenkraft (GK) auf die Handhabungseinheit (112) erzeugt.
13. Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät (100) gemäß Anspruch 12, wobei das Fördern des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) bei dem Hand-Lichtbogenfügen (HLF) mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 Meter pro Minute und 3 Metern pro Minute, bevorzugt zwischen 0,3 Metern pro Minute und 1,5 Metern pro Minute erfolgt.
14. Verfahren zum Beenden eines Hand-Lichtbogenfügens, umfassend: - Hand-Lichtbogenfügen (S110, HLF) eines Werkstücks (1, 2) mittels eines Lichtbogens (4), welcher an einer lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode (10) anliegt, wobei ein abschmelzender Zusatzdraht (20) zugeführt wird; - automatisches Erfassen (S120) einer Benutzereingabe zum Beenden des Hand-Lichtbogenfügens (HLF), und daraufhin: - automatisches Aufrechterhalten (S130) des bei Erfassen (S120) der Benutzereingabe an der lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode (10) anliegenden Lichtbogens (4) nach Erfassen der Benutzereingabe noch für mindestens eine Minimal-Zeitdauer (Tmin); und - zumindest zeitweises automatisches Ändern (S140) der Vorschubgeschwindigkeit (vZ) des abschmelzenden Zusatzdrahts (20) während der Minimal-Zeitdauer (Tmin).
15. Verfahren zum Beginnen eines Hand-Lichtbogenfügens (HLF) eines Werkstücks, umfassend: - automatisches Erfassen (S10) einer Benutzereingabe zum Beginnen des Hand-Lichtbogenfügens (HLF), und daraufhin: - automatisches Fördern (S20) eines abschmelzenden Zusatzdrahts (20) vorwärts, bis ein Kurzschluss zwischen dem abschmelzenden Zusatzdraht (20) und dem Werkstück (1, 2) erfasst (S30) wird; - automatisches Erzeugen (S40) eines Lichtbogens (4) zum Hand-Lichtbogenfügen (HLF) an einer lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode (10) frühestens dann, wenn der Kurzschluss zwischen dem abschmelzenden Zusatzdraht (20) und dem Werkstück (1, 2) erfasst wurde; und - Hand-Lichtbogenfügen (S110, HLF) des Werkstücks (1, 2), mittels des erzeugten Lichtbogens (4), wobei der abschmelzende Zusatzdraht (20) bis zum Erfassen (S30) des Kurzschlusses mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit (vZ1) vorwärts gefördert wird als bei dem nachfolgenden Hand-Lichtbogenfügen (HLF) während des Brennens des Lichtbogens (4).
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Hand-Lichtbogenfügen (S110, HLF) ein händisches Führen einer Handhabungseinheit (112) in einer Fügerichtung (FD) entlang einer zu erzeugenden Fügenaht an dem Werkstück (1, 2) umfasst, wobei der abschmelzende Zusatzdraht (20), derart an das Werkstück (1, 2) herangeführt wird, dass eine Kraftkomponente (KK) einer von dem abschmelzenden Zusatzdraht (20) auf das Werkstück (1, 2) ausgeübten Kraft (K) eine Gegenkraft (GK) auf die Handhabungseinheit (112) in die Fügerichtung (FD) bewirkt.

Description

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät für das Hand-Lichtbogenfügen sowie Verfahren zum Hand-Lichtbogenfügen, insbesondere zum händischen Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügen, also etwa für ein Metall-Schutzgas-Handschweißen oder Metall-Schutzgas-Handlöten. Bei dem Verfahren kann es sich um ein Verfahren zum Beginnen eines Hand-Lichtbogenfügens, zum Beenden eines Hand-Lichtbogenfügens, oder um ein Verfahren einschließlich des Beginnens und des Beendens des Hand-Lichtbogenfügens handeln. Technischer Hintergrund Viele Schweißaufgaben werden händisch durchgeführt, d.h., mittels Handschweißen. Die Qualität der Schweißnaht hängt dabei nicht nur von an dem Handschweißgerät eingestellten Parametern (z.B. Schweißparametern wie etwa Schweißstrom, Schweißspannung etc.) oder den verwendeten Materialien (Material des Werkstücks, Material eines etwaigen Zusatzdrahts, verwendetes Schutzgas) ab, sondern in hohem Maße auch von der Führung des Handschweißgeräts durch den Schweißer. In einem typischen Umfeld, in welchem Handschweißen durchgeführt wird, sind die Möglichkeiten, einen Schweißer zur Verbesserung der Schweißnaht zu instruieren oder zu beeinflussen, häufig aufgrund von Lärm und anderen Ablenkungen begrenzt; darüber hinaus trägt der Schweißer für gewöhnlich eine Schweißmaske mit eingeschränktem Sichtfeld und ist visuell stark auf die Schweißnaht fixiert. Ähnliche Herausforderungen ergeben sich bei anderen Formen des Hand-Lichtbogenfügens, etwa beim Hand-Lichtbogenlöten. Während des laufenden Schweißens (oder allgemein, während des Hand-Lichtbogenfügens) kann sich ein erfahrener Schweißer verhältnismäßig leicht auf die vorliegenden Gegebenheiten einstellen. Im Gegensatz dazu kann es beim Beginnen oder beim Beenden des Hand-Lichtbogenfügens auch für erfahrene Nutzer Schwierigkeiten geben, das Zusammenwirken der beteiligten Elemente (Lichtbogen, Zusatzdraht, Schmelzbad, Werkstück, ...) zu allen Zeiten richtig einzuschätzen, um ein zufriedenstellendes Füge-Ergebnis insbesondere auch am Beginn oder am Ende einer Fügenaht zu erhalten. Zusammenfassung der Erfindung Nach all dem Vorangehenden ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät für das Hand-Lichtbogenfügen, sowie verbesserte Verfahren zum händischen Metall-Schutzgas-Fügen (oder: Metall-Schutzgas-Handfügen, insbesondere Metall-Schutzgas-Hand-Lichtbogenschweißen oder Metall-Schutzgas-Hand-Lichtbogenlöten) bereitzustellen. Die Verbesserung betrifft dabei insbesondere einen Startprozess, insbesondere zu Beginn einer Schweißnaht, sowie einen Endprozess, insbesondere am Ende einer Schweißnaht. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Dementsprechend wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät für das Hand-Lichtbogenfügen bereitgestellt, umfassend: eine Stromquelle;eine Handhabungseinheit;eine Haupt-Drahtzuführeinrichtung zum Fördern einer lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode; undeine mit der Handhabungseinheit verbundene Zusatz-Drahtzuführeinrichtung zum Fördern eines abschmelzenden Zusatzdrahts;eine Benutzerschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf eine Benutzereingabe zum Beenden des Hand-Lichtbogenfügens ein End-Signal zu erzeugen;eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf das End-Signal: a) die Stromquelle und die Haupt-Drahtzuführeinrichtung zu steuern, einen bei Empfang des End-Signals an der lichtbogentragenden abschmelzenden Drahtelektrode anliegenden Lichtbogen nach Empfang des End-Signals noch für mindestens eine Minimal-Zeitdauer aufrechtzuerhalten, bevor sein Erlöschen bewirkt oder zugelassen wird, undb) die Zusatz-Drahtzuführeinrichtung zu steuern, dass der abschmelzende Zusatzdraht zumindest während der Minimal-Zeitdauer zumindest zeitweise seine Vorschubgeschwindigkeit ändert, wobei bevorzugt eine Verzögerung an den abschmelzenden Zusatzdraht angelegt wird (oder: der abschmelzende Zusatzdraht mit einer negativen Beschleunigung beaufschlagt wird). Bei dem Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät kann es sich insbesondere um ein Metall-Schutzgas-Handschweißgerät oder ein Metall-Schutzgas-Handlötgerät handeln. Bei dem Metall-SchutzgasSchweißen kann es sich um Metall-Inertgas-Schweißen (MIG), um Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG), um Metall-Inertgas-Löten, oder um Metall-Aktivgas-Löten handeln. "Lichtbogentragende abschmelzende Drahtelektrode" bedeutet nicht, dass an dieser Drahtelektrode ständig ein Lichtbogen anliegt oder dass diese ständig abschmilzt, sondern dass das Metall-Schutzgas-Lichtbogenfügegerät derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass an dieser ein elektrisches Potenzial zum Erzeugen eines Lichtbogens anlegbar ist, dass sie dazu ausgelegt ist, dass der Lichtbogen an ihr brennt, und sie dadurch abschmelzbar ist. Die lichtbogentragende abschmelzende Drahtelektrode wird hierin teilweise auch kurz als "Draht