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Aug 24, 2023

Dual

Obwohl die Dual-Inverter-Technologie in Laboren und Spezialmaschinen existierte, gelangte sie erst im Jahr 2000 auf den kommerziellen Schweißmaschinenmarkt. Dieser Maschinentyp erwies sich jedoch als sehr leistungsfähig

Obwohl die Dual-Inverter-Technologie in Laboren und Spezialmaschinen existierte, gelangte sie erst im Jahr 2000 auf den kommerziellen Schweißmaschinenmarkt. Dieser Maschinentyp erwies sich als sehr leistungsfähig, erforderte jedoch aufgrund der breiten Palette an Wellenformeinstellungen und -steuerungen eine erhebliche Lernkurve .

Bei einem Dual-Wechselrichter handelt es sich, wie der Name schon sagt, um zwei Wechselrichter, die in Reihe miteinander verbunden sind. Der Primärwechselrichter verfeinert die Eingangsleistung, indem er den Wechselstromeingang in Gleichstrom umwandelt und dann den Gleichstrom wieder in Wechselstrom „zerhackt“, während er seine Frequenz erheblich erhöht. Dieses wird in den Sekundärwechselrichter eingespeist, der die Ausgangsschweißwellenform einstellt, indem er den hochfrequenten Wechselstrom in Gleichstrom gleichrichtet und dann den Gleichstrom wieder in Wechselstrom zerhackt, während er die Wellenform formt (sieheAbbildung 1).

OTC DAIHEN, Tipp City, Ohio, hat die WB-A350P, ein AC/DC-Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißgerät (GTAW), zu seiner WELBEE-Serie von Schweißstromquellen hinzugefügt. Seine Dual-Inverter-Architektur ermöglicht die Nutzung des exklusiven GTAW-Verfahrens des Unternehmens: AC+DC Hybrid.

Der AC+DC-Hybrid-Schweißprozess, ein zum Schweißen von Aluminium geeigneter Modus, kombiniert die Reinigungswirkung des Elektroden-Positiv-Schweißens (EP) mit der tiefen Eindringtiefe und Fokussierung des Elektroden-Negativ-Schweißens (EN) und behält dabei gleichzeitig die Form des Wolframs bei Elektrode (sieheFigur 2).

Warum ist eine Reinigungswirkung wichtig? Aluminiumoxid (Al2O3) bildet sich auf natürliche Weise auf der Oberfläche von Aluminium und besitzt einige Eigenschaften, die dem Schweißprozess entgegenwirken. Erstens ist Al2O3 ein elektrischer Isolator, der es sehr widerstandsfähig gegenüber der Leitung von elektrischem Strom macht, der beim Lichtbogenschweißen verwendet wird. Zweitens hat es einen Schmelzpunkt von 3.762 Grad Fahrenheit, was es schwierig macht, es zu entfernen, wenn das Aluminium darunter bei 1.221 Grad Fahrenheit schmilzt.

Die AC+DC-Hybridwellenform ist für den Umgang mit dieser Al2O3-Beschichtung ausgelegt. Der AC-Anteil seiner Wellenform wechselt in EP und erzeugt so die gewünschte Reinigungswirkung. Dieser „Presslufthammer“-Effekt bricht diese Oxidschicht auf. Der unerwünschte Nebeneffekt eines EP-Stroms besteht darin, dass er die Form des Wolframs beeinträchtigt und die Spitze abrundet, wenn er nicht kontrolliert wird. Um dem entgegenzuwirken, sorgt die Wellenform für ein Ungleichgewicht zwischen der Zeit, die im EP verbracht wird, und der Zeit, die im EN verbracht wird, wodurch der Verschleiß der Wolframelektrode verringert und ihre Form beibehalten wird (sieheFigur 3).

Der Gleichstromanteil der Wellenform nutzt EN für das tiefe Eindringen des fokussierten Stroms in das Grundmetall. Durch die reduzierte Hitze im Wolfram ist es möglich, Elektroden mit kleinerem Durchmesser und schärferen Spitzen zu verwenden, was das Schweißen mit geringerem Strom ohne das „Tanzen“ eines instabilen Lichtbogens unterstützt.

Insgesamt bleiben Form und Schärfe der Elektrodenspitze erhalten, ohne dass es zu einer Verklumpung der Spitze kommt. In Kombination mit der Schweißdurchdringung, dem Lichtbogenfokus und der Lichtbogenstabilität kann der Modus anspruchsvolle GTAW-Anwendungen aus Aluminium bewältigen, wie zum Beispiel dünnwandige Druckbehälter in der Luft- und Raumfahrt.

Diese Dual-Inverter-Technologie unterstützt drei Arten von AC-GTAW-Wellenformen, die mit dem AC+DC-Hybridprozess kombiniert werden können, um diese erweiterte Funktion besser steuern zu können.

1. Die Standard-Rechteckwelle hat gleiche und ausgeglichene Perioden von EN- und EP-Strom. Es ist für eine Reihe von Anwendungen von dicken Blechen bis hin zu dünnen Blechen relevant und ist die universellste Wechselstromwellenform.

2. Harte Rechteckwellen weisen Perioden des EN-Stroms auf, die größer und unausgeglichener sind als der EP-Strom. Der konzentrierte Lichtbogen macht diese Wechselstromwellenform effektiv für Kehlnähte an dünnen Blechen, wobei das Nebenprodukt des hohen EN-Verhältnisses zu einem geringeren Elektrodenverbrauch und damit zu einem wirtschaftlicheren Betrieb führt.

Abbildung 1Bei einem Dual-Wechselrichter handelt es sich, wie der Name schon sagt, um zwei Wechselrichter, die in Reihe miteinander verbunden sind.

3. Die weiche Sinuswelle hat gleiche und ausgeglichene Perioden von EN- und EP-Strom. Das reduzierte Rauschen dieser Wechselstromwellenform macht sie zum Favoriten von Massenproduktionsbenutzern. Sein breiterer Lichtbogen ist am effektivsten für Stumpfschweißungen dünner Bleche.

Lichtbogenstabilität. Dies ist ein weiteres Nebenprodukt der Dual-Inverter-Architektur. GTAW-Maschinen mit einem Wechselrichter verlieren schnell an Lichtbogenstabilität, wenn der EN-Offset und/oder die Frequenz erhöht wird. Die Dual-Inverter-Maschine WB-A350P reagiert alle 20 ns auf die Lichtbogensituation und ist in der Lage, die Lichtbogenstabilität durch einen EN-Offset von 90 Prozent bis zu ihrer Spitzenfrequenz von 500 Hz aufrechtzuerhalten, von 5 Ampere Ausgangsleistung bis zu ihrem Spitzenwert von 350 Ampere.

Automatisierungsbereit. Die Maschine unterstützt Feldbusschnittstellen (Ethernet/IP und Profibus) für die Umstellung vom manuellen Schweißen auf halbautomatische und vollautomatische Anwendungen. Dazu gehört die Unterstützung des GTAW-Schweißens sowie von Drahtvorschubanwendungen, einschließlich solcher, bei denen der Drahtvorschub mit der Schweißimpulsausgabe synchronisiert wird. Es umfasst auch die Verbindung zu den Schweißrobotern der FD-Serie des Herstellers über sein proprietäres CANBUS-Kommunikationsnetzwerk.

Mike Monnin, General Manager, und Phil Mosquera, leitender Schweißingenieur bei OTC DAIHEN Inc., haben Informationen zu diesem Artikel beigesteuert.

OTC DAIHEN Inc., 1400 Blauser Drive, Tipp City, OH 45371, 937-667-0800, www.DAIHEN-usa.com