Moderne Software zur Erstellung und Verwaltung von PC-gestützten Schweißparametern und Schweißprogrammen für MIG/MAG-Stromquellen

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1 Moderne Sofware zur Ersellung und Verwalung von PC-gesüzen Schweißparameern und Schweißprogrammen für MIG/MAG-Sromquellen S. Kröger, Mündersbach und R. Killing, Solingen Einleiung Jede Schweißaufgabe erforder Schweißparameer, die an die Gegebenheien hinsichlich Werksoff, Maerialdicke, Verfahren, Schweißposiion usw. angepaß sind. In manchen Fällen wird dem erfahrenen Schweißer anheimgesell, diese selbs zu besimmen, Bei abnahmepflichigen Arbeien werden ihm die einzuhalenden Parameer in Schweißanweisungen vorgegeben. Beim Schweißen mi konvenionellen Schweißanlagen ermiel der Schweißer dann, wenn er die Schweißaufgabe zum ersen Mal zu erfüllen ha, durch Vorversuche die Einsellung seiner Anlage hinsichlich Drahvorschub und Quellenkennlinie mi der am besen zurech komm. Dami er, wenn die gleiche Arbei in absehbarer Zei noch einmal auf ihn zukomm, die damals verwendeen Parameer schnell wieder finde, mach er sich Zeichen an den Einsellknöpfen, vielleich noch mi zusäzlichen Hinweisen: 280 A/27 V, oder dergleichen. Moderne Schweißanlagen, in der Regel mi Thyrisor- und Invererechnik, gesaen es schon Parameersäze zu speichern und diese bei späeren Anwendungen wieder aufzurufen. Dami werden die über lange Jahre an den Schweißanlagen üblichen Markierungen überflüssig. Mi den zunehmenden Möglichkeien, die moderne Sromquellen hinsichlich der Beeinflussung des Schweißprozesses bieen, es sei hier nur auf spezielle Zündprogramme oder die Versellung der Dynamik des Schweißprozesses hingewiesen, werden aus einfachen Schweißparameern aufwendige Schweißprogramme, d.h. die Schweißanlage muß vor dem Schweißen einer neuen Aufgabe programmier werden. Bisher geschah dieses Programmieren an der Sromquelle selbs. Programmierzeien sind aber unprodukive Zeien, denn während jemand programmier, kann die Anlage nich schweißen. Diesem Mangel hilf eine neue Sofware (PCM 300) ab. Mi ihr is es möglich, die Programme an einem exernen Arbeisplaz (PC, Lapop) zu ersellen und späer der Schweißmaschine zuzuspielen. Ebenso is es aber auch möglich im Speicher der Sromquelle abgelege Programme zu übernehmen und offline zu modifizieren oder zu verwalen. Man kann sogar online über das Inerne oder über die Telefonleiung Ferndiagnosen ersellen und Schweißprogramme in enfernen Zweigwerken oder bei Kunden modifizieren. Über diese und andere Möglichkeien, die diese neue Sofware biee, handel der nachfolgende Beirag. Vorher sollen aber die Nowendigkei und die Voreile aufwendiger Schweißprogramme aufgezeig werden. 1 Arbeispunke, Parameersäze, Schweißprogramme Aus einzelnen Arbeispunken werden Parameersäze und, wenn weiere Einsellungen hinzukommen, schließlich ganze Schweißprogramme. 2 Arbeispunk Beim MIG/MAG-Schweißen gehören zur Einsellung eines Arbeispunkes immer zwei Einselloperaionen. Bei konvenionellen Schweißanlagen wird dazu an der Sromquelle eine Kennlinie eingesell. Diese besimm späer in erser Linie die Lichbogenspannung. Mi Hilfe des Poeniomeers am Drahvorschubgerä wird die Sromsärke und dami die Leisung eingesell. Die Drahvorschubgeschwindigkei besimm aber zusammen mi der eingesellen Quellenkennlinie auch die Lichbogenlänge und ha dadurch auch Einfluß auf die Lichbogenspannung. Ein Arbeispunk is der Schnipunk der eingesellen Sromquellenkennlinie mi der Kennlinie des akuellen Lichbogens. Hieraus ergib sich eine Kombinaion von Lichbogenspannung und Sromsärke, die den Arbeispunk definier, Bild 1. 3 Parameersäze Moderne Sromquellen gesaen aber noch weiere Einsellungen. Durch Veränderung der Drosselwirkung kann der Lichbogen z.b. bei gleichförmigem Srom härer oder weicher eingesell werden, beim Impulsschweißen kann die Dynamik des Lichbogens durch Variaion des Pulssromes versell werden. Ferner kann der Kurzschlußsrom elekronisch begrenz werden. Dadurch kommen weiere Parameer hinzu, die aus dem einfachen Arbeispunk schon einen Parameersaz machen. Hier sprich man auch von Jobs oder Schweißaufgaben. 4 Schweißprogramme Bei einem Schweißprogramm kommen zu den opi- Spannung [Vol] Us Bild 1 Definiion eines Arbeispunkes A1 A5: Arbeispunke Klb: Kurzlichbogen Mlb: Mischlichbogen Slb: Sprühlichbogen A Is b a Sromsärke [AMP] 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 1/7 WM doc; 03.03

2 I Bild 2 Zündprogramm P START mieren Parameern für das Schweißen selbs, noch weiere Parameersäze hinzu, die beispielsweise in der Zündphase das sichere Zünden des Lichbogens unersüzen oder am Ende der Nah zur Endkraerfüllung den Srom geziel absenken. Es is mi modernen Inverersromquellen sogar möglich und in der Praxis auch schon üblich, während des Schweißens auf einer besimmen Nahsrecke die Sromsärke oder die Spannung zu ändern. Sehr kompliziere Pulsformen werden manchmal beim MSG- Impulsschweißen angewende, um eine gleichmäßige Tropfenablösung zu gewährleisen, z.b. den geseueren 1-Tropfen-pro-Puls-Übergang. Einige solcher Programme sollen im folgenden näher erläuer werden. Sie laufen prinzipiell ab auf einer nach Werksoff, Drahelekrodendurchmesser und Schuzgas ausgesuchen Arbeiskennlinie, die im Gerä gespeicher is. 5 Das sichere Zünden is wichig Drahelekrode. Wenn der Lichbogen dann brenn, is der Einbrand auf dem kalen Grundwerksoff noch gering und es kann dadurch uner der Zündselle sogar zu Einbrandfehlern kommen. Es is deshalb wünschenswer zur Verbesserung des Einbrandes eine kurze Zei mi erhöher Sromsärke zu schweißen. Wie ein solches Zündprogramm abläuf, is in Bild 2 dargesell. Zunächs beginn das Schuzgas zu srömen. Danach sez sich die Drahelekrode mi vorgewähler Einschleichgeschwindigkei in Bewegung. Nach dem erfolgreichen Zünden des Lichbogens brenn dieser ers eine kurze Zei, einsellbare Zei, mi erhöher Sromsärke um Kalsellen zu vermeiden (P START ). Ers danach wird auf das eigenliche Arbeisprogramm (P A ) herunergeschale. Die einzelnen Sadien des Zündprogramms können, wie auch die der nachfolgend noch zu beschreibenden Programme beim manuellen Schweißen miels Brennerschaler in 2- oder 4-Tak-Mode geschale werden. Beim mechanisieren Schweißen geschieh dies zeiabhängig durch die Seuerung. 6 Endprogramme verhindern Endkraerfehler Es is wünschenswer, den sich am Ende der Nah ausbildenden Kraer so klein wie möglich zu halen, um Endkraerlunker und Risse zu vermeiden. Der Handschweißer erreich dies bei konvenionellen Anlagen dadurch, daß er mi dem längergezogenen Lichbogen kreisende Bewegungen über dem Endpunk der Nah ausführ, bevor der Lichbogen erlisch. Bei modernen MIG/MAG-Anlagen kann man ein Endprogramm (P END ) eingeben, Bild 3. Die Arbeissromsärke wird dabei zunächs zeiabhängig herunergefahren (Slope-down), eine gewisse Zei auf einem niedrigeren Niveau gehalen und danach der Drahvorschub abgesell. Da die Sromquelle aber noch nich abgeschale is, brenn der Beim MIG/MAG-Schweißen is es abgesehen von ersen Anfängen beim MIG-Schweißen von Aluminium nich üblich, das Drahende nach der ersen Berührung mi der Werksückoberfläche wieder zurück zuziehen, um dem Lichbogen Raum zu geben. In der Regel is das auch nich nowendig, weil sich der Lichbogen durch die hohe Sromdiche an der Zündselle selbs frei brenn. Wenn aber mi hoher Drahvorschubgeschwindigkei gezünde wird, komm es vor, daß der nachrückende Drah, den zu Beginn noch kleinen Lichbogen wieder ersick. Es komm dadurch zu wiederholen Zündversuchen in schneller Folge, bevor der Lichbogen sabil brenn. Um dies zu vermeiden, geben moderne Schweißanlagen die Möglichkei einen geringeren Drahvorschub beim Zünden einzusellen. Man nenn dies das Einschleichen der I Bild 3 Endprogramm P END 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 2/7 WM doc; 03.03

3 P START I P A P B P END Bild 4 Vollsändiges Schweißprogramm Lichbogen noch ewas am Drah hoch (Drahrückbrand), bevor auch die Sromquelle abgeschale wird. Dadurch wird verhinder, daß das Drahende in den Endkraer einauch und darin fesfrier. Die Freibrennphase darf aber auch nich zu lang sein, weil sons der Lichbogen die Konakdüse anschmilz. Ein weierer Nacheil einer zu langen Freibrennzei is, daß sich ein dicker Tropfen am Drahende ausbilde. Der Handschweißer schneide diesen vor dem nächsen Zünden mi dem Seienschneider ab. Beim maschinellen Schweißen is dies aber meis nich möglich. Hier kann das verdicke Drahende zu Zündsörungen führen. Moderne Anlagen bieen deshalb zusäzlich die Möglichkei, den sich am Drahende gebildeen Tropfen durch einen finalen Impuls abzuschleudern. Das Resula is ein regelrech angespizes Drahende, mi dem beim nächsen Mal leich zu zünden is. Wenn der Lichbogen vollsändig erloschen is, sez noch eine kurze Nachsrömphase für das Schuzgas ein. Ers dami is das Endprogramm abgeschlossen. 7 Schweißprogramme (Programmabläufe) Ein komplees Schweißprogramm beseh aus einem Zündprogramm, einem oder mehreren Arbeisprogrammen und dem Endprogramm, Bild 4. Ein zweies Arbeisprogramm (P B ) kann beispielsweise nowendig werden, wenn der Lichbogen sich Ecken oder Kanen näher, wo die Wärmeableiungsbedingungen wegen geringerer Masse schlecher sind. Hier müssen Srom und Spannung um einen besimmen Berag abgesenk werden, um Überhizungen zu vermeiden. Dieses niedrigere Arbeisniveau kann auch in regelmäßigen oder unregelmäßigen Absänden immer wieder kommen. 8 Spezielle Impulsprogramme Beim MIG/MAG-Impulsschweißen erfolg der Tropfenübergang im Rhyhmus der Impulsfrequenz. Einzusellende Parameer sind je nach Modulaion der Sromquelle Impulssrom oder -Spannung, Grundsrom oder -Spannung, Impulsdauer, Impulsfrequenz und Drahvorschubgeschwindigkei. Beim synergischen Berieb werden ensprechend der Schweißaufgabe Werksoff, Drahdurchmesser und Schuzgas vorgewähl, und die Leisung miels des Drahvorschubs eingesell. Korrekuren der Lichbogenlänge sind über die Veränderung der Pulsfrequenz oder der Sromsärke möglich. Aus Hochgeschwindigkeisaufnahmen weiß man, daß die Ablösung der Tropfen nich im Zeni des Pulses erfolg, wo die Pinch-Kraf am größen is, sondern aus Gründen der Träghei ers auf der abfallenden Flanke des Pulses, Bild 5. Bei nich opimal eingesellen Pulsparameern kann auch schon mal ein Tropfenübergang ausfallen, was dann beim nächsen Impuls zur Ablösung eines sehr großen Tropfens oder auch von zwei Tropfen führ. Beides sör den Bild 5 Tropfenablösung beim MIG/MAG-Impulslichbogenschweißen 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 3/7 WM doc; 03.03

4 Bild 6 Form eines Spezialpulses ruhigen Ablauf des Schweißprozesses. Spezielle Pulsprogramme (Bild 6) gewährleisen einen gleichmäßigen 1-Tropfen-pro-Puls-Übergang. Dabei wird die Sromsärke auf der abfallenden Flanke des Pulses auf einem niedrigeren Niveau noch einmal abgefangen, bevor sie auf den Grundsrom absink. Dabei sind ins Programm Parameer einzugeben für: die anseigende Pulsflanke (1), die Pulshöhe (2), die Pulsdauer (3), die abfallende Pulsflanke (4), die Höhe des Zwischenpulses (5), die Dauer des Zwischenpulses (6), die zweie abfallende Pulsflanke (7) und den Grundsrom (8). Weierhin kann für alle Sadien des Pulses noch die gewünsche Dynamik eingesell werden. 9 Die Sromquelle Derar komplexe Jobs(Schweißaufgaben) erfordern naürlich eine High-Tech- Inversromquelle, Bild 7. Da nich in allen Berieben immer genügend gu ausgebildee Schweißer zur Verfügung sehen, bieen solche modernen MIG/MAG-Anlagen eine vereinfache Möglichkei zur Einsellung der Schweißparameer, die synergische Einsellung. Die idealen Arbeiskennlinien für häufig vorkommende Schweißaufgaben sind in der Maschine gespeicher. Der Bediener der Anlage sell, miels Tippasen, nur noch den zu schweißenden Werksoff, den gewünschen Drahdurchmesser und das angeschlossene Schuzgas ein. Dami is die vorprogammiere, ideale Arbeiskennlinie aufgerufen. Die Leisung (Drahvorschubgeschwindigkei) läß sich nun an einem Drehknopf sufenlos einsellen und für individuelle Wünsche bezüglich der opimalen Lichbogenlänge seh noch ein Korrekurknopf zur Verfügung. Bild 8 zeig das Display der Schweißanlage, die sogar noch weiergehende Einsellungen gesae. Im mileren Teil kann, wie bereis beschrieben, die Schweißaufgabe durch Tippasen eingesell werden. Dabei wird neben Werksoff und Durchmesser der Drahelekrode, sowie Schuzgas noch vorgegeben, ob mi Massivdrah oder Fülldrah geschweiß werden soll, oder ob Sonderaufgaben wie MIG-Löen oder Aufragschweißen vorliegen. Da es sich bei der Anlage um eine Muliprozess-Anlage handel, wird in diesem Feld auch die für andere Prozesse (WIG, E-Hand) erforderliche Kennlinienveränderung vorgenommen. Im linken Teil des Displays läß sich am oberen Drehknopf die Leisung einsellen, der milere Drehknopf dien zur Korrekur der Lichbogenlänge und der unere veränder über eine versellbare Drossel die Lichbogendynamik. Die zu dem gewählen Arbeispunk gehörende Sromsärke und Spannung wird im oberen Teil des Displays angezeig. Die benuzen Schweißdaen können in der Maschine gespeicher und bei späerer Gelegenhei wieder aufgerufen werden. Hier sez nun die neue Sofware an. 10 Off-line Ersellen und Verwalen von Schweißprogrammen Die Sofware PCM 300 auch Paramerierungs- Sofware genann, gesae das Programmieren von fesen und freiprogrammierbaren Jobs. Sie läuf uner Windows (mind. Windows 95). Der Compuer solle freien Speicherplaz für mind. 10 MB auf der Fesplae haben, sowie ein CD-Rom-Laufwerk, eine Maus und eine freie serielle Schniselle besizen. Das Programm beseh im Wesenlichen aus einer Daenbank, in der das Know-how des Hersellers gespeicher is, sowie das Verhalen der Maschine, d.h. wie sie mi gewissen Problemen umgeh,. Für die wichigsen Schweißaufgaben sind werksoff- und schuzgasabhängig Arbeiskennlinien für den synergischen Berieb gespeicher. Diese werden von erfahrenen Schweißern in Zusammenarbei mi Schweißoder Elekroingenieuren ersell (Bild 9). Während der Schweißer das Schweißverhalen beureil nach dem was er hör und sieh, analysieren lezere den Prozeß miels Oscilloskop oder Transienenrekorder. Bild 7 Inverersromquelle zum MIG/MAG-Schweißen 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 4/7 WM doc; 03.03

5 Bild 8 Display der Schweißanlage in Bild 7 Spannung [Vol] Bild 9 A1 Klb A2 Mlb Slb A3 A4 A5 Sromsärke [AMP] Aus fünf Arbeispunken programmiere Arbeiskennlinie Das Programm gesae folgende Funkionen: Schnelles Ersellen von Schweißjobs ensprechend den jeweiligen Anforderungen Verwalen von Jobs, die am Compuer ersell, oder aus der Schweißmaschine übernommen wurden. Verwalung von selbs programmieren Jobs Überwachung und Dokumenaion von Schweißdaen Daenausausch mi der Schweißmaschine (Bild 10) 11 Daenbank In dem Programm können 128 fese und 128 freiprogrammierbare Jobs gespeicher werden. Die fesen Jobs sind das Handwerkszeug des Schweißers. Hierzu ha er freien Zugang, ebenso wie der Schweißingenieur. 12 Wer brauch diese Sofware? Man kann davon ausgehen, daß das neue Sofwareprogramm im wesenlichen für das maschinelle Schweißen genuz wird. Das Verhälnis Handschweißen/Maschinenschweißen dürfe bei 20 zu 80 % liegen. Der SFI kann auch fese Jobs für eine ähnliche Anwendung in zwei oder drei Parameern opimieren und in freie Jobs umwandeln. Die freien Jobs sind für die Fachleue gedach, die beim Maschinenherseller oder beim Anwender eigene Arbeiskennlinien ersellen, um beispielsweise Spezialaufgaben zu lösen. Zu ihnen is der Zugang erschwer und nur über ein Paßwor möglich. 13 Anwendung beim Handschweißen Der SFI kann beispielsweise fes einprogrammiere Kennlinien auf eine spezielle Anwendung hin opimieren, Dies kann nowendig werden, weil z.b. das Schuzgas eine ewas andere Zusammensezung ha, die Drahelekrode ewas wei von der mileren Normzusammensezung abweich und an der oberen oder uneren Analysengrenze lieg oder weil ein spezieller Brenner, der benuz werden muß, einen ewas anderen Ansellwinkel zum Werksück ha. Das Umprogrammieren kann während des Schweißens erfolgen und die opimieren Daen können on-line als freier Job übernommen werden. Die Benuzung des Programms zwing den Schweißer die in einer Schweißanweisung fesgelegen Daen 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 5/7 WM doc; 03.03

6 Verbindung PHOENIX - PC Drucker zur Dokumenaion Hardwareschuz (Dongle) Schweißsromquelle PHOENIX- Serie Bild 10 Windows Sofware PHOENIX PCM 300 Verbindung Schweißgerä / Parameriersofware einzuhalen. Dies läß sich zum Zwecke der Qualiässicherung auch überwachen. 14 Anwendung beim maschinellen Schweißen Auch hier können, wie vorher beim Handschweißen besprochen, Sandard-Schweißaufgaben für besimme Anforderungen opimier und in freie Jobs umgewandel werden. Es können aber auch ganz neue Programmabläufe geschrieben werden. Sie sind eine wervolle Hilfe beim Einrichen von Anlagen zum vollmechanischen und auomaischen Schweißen. Seuerungen von Roboeranlagen können so programmier werden, daß sie für einzelne Nähe geziel die vorher gespeicheren Programmabläufe aufrufen. Dabei kann die Sofware auch Überwachungs- und Dokumenaionsaufgaben übernehmen. Es können z.b. für einzelne Parameer Toleranzfelder vorgegeben werden, bei deren Über- oder Unerschreiung die Sofware ein akusisches Signal veranlaß oder die Anlage ganz abschale. 15 Anwendungsbeispiel Zuvor wurden die Möglichkeien der Sofware mehr heoreisch beschriebenen. Nun sollen sie anhand eines einfachen prakischen Beispieles für das vollmechanische MIG-Schweißen erläuer werden. Im Bild 11 werden zunächs die für diesen Job relevanen Parameer ausgewähl. Im Beispiel geh es um das MIG-Schweißen von AlMg-Legierungen mi einer Drahelekrode im Durchmesser 1,2 mm uner Reinargon. Der Brenner is an den Pluspol der Sromquelle angeschlossen. Dami is bereis eine der vorprogrammieren Arbeiskennlinien ausgewähl worden. Eine Drahvorschubgeschwindigkei is hier noch nich fesgeleg worden. Dies geschieh ers im nächsen Schri. Im Bild 12 geh es jez um das Ersellen des gesamen Schweißprogramms. Im abgebildeen Beispiel is folgendes eingesell worden Sarprogramm: Gasvorsrömzei: 0,2 s Sarsrom: 120 % des Schweißsromes Dauer des Sarsromes: 2 s Downslope auf den Schweißsrom: 1 s Im Sarprogramm kann zusäzlich noch die Lichbogenlänge korrigier werden Is im gezeigen Beispiel nich eingesell (0,0V) 15.2 Schweißprogramm (A): Der gewünsche Schweißsrom kann jez in der uneren Eingabemaske über die Drahvorschubgeschwindigkei sufenlos zwischen 0,5 und 24 m/min. gewähl werden. Der Anwedner kann in diesem Bereich 15 verschiedene Arbeispunke uner P1.. P15 definieren (hier z. B. P1 P5) Die Arbeispunke können dann vom Roboer oder von einer Vorrichung für besimme Werksücke, Posiionen oder Blechdicken abgerufen werden. Dami is auch gleichzeiig die für AlMg-Legierungen und Reinargon erforderliche Lichbogenspannung eingesell. Eine Korrekur um einige Vol is in der Spale daruner möglich (im Beispiel nich eingesell), ferner kann noch die gewünsche Lichbogendynamik, d.h. ein ewas weicherer oder härerer Lichbogen in der unersen Spale gewähl werden. Im Schweißprogramm A is im gewählen Beispiel ferner eingesell: Dauer des Schweißprogramms: 12 s Downslope auf das Endprogramm: 0,1 s 15.3 Endprogramm: Endsrom: 70 % des Schweißsromes Dauer des Endsromes: 2 s Drahrückbrand: 5 mm Gasnachsrömzei: 1 s Auch im Endprogramm kann zum Endsrom noch die Lichbogenlänge korrigier werden EWM HIGHTEC WELDING GmbH 6/7 WM doc; 03.03

7 Bild 11 Jobdaen für das vollmechanische Schweißen von Aluminium Da es sich hier um ein Programm für das vollmechanische Schweißen handel, wird von der Seuerung auomaisch ensprechend den eingegebenen Zeien auf die einzelnen Sufen des Programms umgeschale. Bei Programmen für das manuelle Schweißen u dies der Schweißer am Brennerschaler in der 2- oder 4- Tak-Beriebsar. In der unersen Eingabemaske von Bild 12 können schließlich noch Vorgaben für die Schweißdaenüberwachung gemach werden. Fazi: Die vielfäligen Möglichkeien, die diese Parameriersofware biee, gesae eine sehr individuelle Anpassung der Schweißparameer an die Schweißaufgabe und spar Zei ein, weil sich alle Jobs und Ablaufprogramme speichern lassen und deshalb für späere Anwendungen oder für die Verwendung in anderen Anlagen einer Schweißsraße immer wieder zur Verfügung sehen. Die Möglichkei der Off-line- Programmierung erhöh ferner den Verfügbarkeisgrad der Schweißanlagen, denn On-line- Programmierzeien sind unprodukive Zeien. Bild 12 Vollsändiges Schweißprogramm für das vollmechanische Schweißen von Aluminium 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 7/7 WM doc; 03.03