DE1565192B2

DE1565192B2 - Lichtbogenschweissgeraet mit lichtbogenlaengenregelung

Info

Publication number: DE1565192B2
Application number: DE1965W0038498
Authority: DE
Inventors: Eugene P. Chicago IU. Vilkas (V.St.A.)
Original assignee: Welding Research Inc
Current assignee: Welding Research Inc
Priority date: 1964-09-21
Filing date: 1965-02-08
Publication date: 1977-02-10
Also published as: GB1088511A; FR1421823A; US3233076A; DE1565192A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenschweißgerät mit nicht abschmelzender Elektrode und mit selbsttätiger Regelung des Lichtbogens auf gleichbleibende Länge in Abhängigkeit von der Differenzspannung zwischen dem Spannungsabfall an der Lichtbogenstrekke und einer einstellbaren Bezugsspannung.

Bei einem solchen Lichtbogenschweißgerät ist es wünschenswert, die der Schweißstelle zugeführte Wärmemenge zu steuern, um eine konstante Eindringtiefe zu gewährleisten. Die konstante Eindringtiefe ist für die Qualität der Schweißstelle maßgebend. Die maßgebenden Faktoren, die die der Schweißstelle zugeführte Wärmemenge bestimmen, sind die im Lichtbogen wirksame Stromstärke, die Spannung zwischen den Elektroden des Lichtbogens und die Geschwindigkeit der Schweißung, d. h. die Geschwindigkeit, mit der der Lichtbogen über ein Werkstück vorbewegt wird. Darüber hinaus hängt die Eindringtiefe beim Schweißen vom Werkstück selbst ab, denn die im Werkstück vorhandenen Unregelmäßigkeiten und die zwischen dem Werkstück bei der Schweißung auftretenden Verbindungen wirken sich auf die entwickelte Wärme und auf deren Verteilung im Werkstück aus. Um deshalb eine gleichbleibende Eindringtiefe der Schweißung zu erzielen, ist es erforderlich, einen oder mehrere der genannten Faktoren, z. B. den Schweißstrom, die Schweißspannung oder die Schweißgeschwindigkeit, zu kompensieren. Ein selbsttätig arbeitendes Schweißgerät, das die Unregelmäßigkeiten des Werkstückes zur Erzielung einer konstanten Eindringtiefe kompensiert, ist deshalb außerordentlich wünschenswert.

Bei bekannten automatischen Lichtbogenschweißgeräten wird die Lichtbogenspannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück gemessen und mit einer Bezugsspannung zur Erzeugung einer Fehlerspannung verglichen. Sofern eine Fehlerspannung ungleich Null auftritt, wird sie verstärkt und auf einen motorisch gesteuerten Schweißkopf gegeben, um den Elektrodenhalter auf das Werkstück zu oder von diesem weg derart zu bewegen, daß die Lichtbogenspannung konstant bleibt.

Ein solches Gerät ist beispielsweise in der DT-PS 10 14 682 beschrieben. Bei diesem Gerät wird neben der Lichtbogenspannung als weitere Regelgröße die

Schweißstromstärke benutzt, um die für die Schweißung je Längeneinheit der Schweißnaht erforderliche elektrische Energie konstant zu halten. Dafür sollen mehrere Forderungen getrennt oder vorzugsweise gleichzeitig erfüllt werden. Eine dieser Forderungen ist eine konstante Einbrandtiefe trotz Unregelmäßigkeiten in der vorbereiteten Schweißnaht. Im Prinzip sollen diese Forderungen dadurch erfüllt werden, daß in Abhängigkeit von den Regelgrößen (Lichtbogenspannung, Schweißstromstärke) die vertikale und die winklige Position der Elektrode, die Schweißgeschwindigkeit und die Zufuhrgeschwindigkeit eines Schweißdrahtes gesteuert werden. Da diese Steuerung eine Konstanthaltung der Energiezufuhr zum Ziel hat, ist es nicht möglich, bei verschiedener Materialstärke des Werk-Stückes die gleiche Eindringtiefe zu gewährleisten. Eine konstante Eindringtiefe ist nur bei von der Materialstärke abhängiger Energiezufuhr zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtbogenschweißgerät zu schaffen, mit dem die Eindringtiefe des Lichtbogens automatisch konstant gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Schweißgerät der eingangs genannten Art gelöst, das gekennzeichnet ist durch einen elektrischen Steuerkreis, der in Abhängigkeit von dem Abstand des Schweißbrenners von der ebenen Oberfläche des Werkstückes die Schweißstromquelle derart steuert, daß bei länger bzw. kurzer werdendem Lichtbogen der von der Stromquelle gelieferte Schweißstrom so weit erhöht bzw. erniedrigt wird, daß die je Zeiteinheit und Längeneinheit in die Schweißstelle eingebrachte Wärmemenge sich in demselben Sinne ändert.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Schweißtiefe durch Berücksichtigung der in Abhängigkeit von Unregelmäßigkeiten des Werkstückes mehr oder weniger schnell erfolgenden Erstarrung des Schweißbades konstant gehalten werden kann, weil "die Erstarrung des Schweißbades sich auf die Lichtbogenlänge und damit auf den Abstand der Elektrode von der Schweißstelle auswirkt. Über den Abstand der Elektrode von der Schweißstelle läßt sich deshalb die für eine konstante Eindringtiefe bei Werkstückunregelmäßigkeiten erforderliche Energiezufuhr steuern. Vergrößert sich z. B. der Abstand der Elektroden von der Schweißstelle, dann hat das eine vergrößerte Energiezufuhr (größere Stromstärke oder kleinere Schweißgeschwindigkeit oder größere Lichtbogenspannung) zur Folge, so daß sich der Abstand der Elektroden von der Schweißstelle wieder verkleinert.

Während beim Stand der Technik eine vollkommen auf Konstanz geregelte Lichtbogenspannung vorausgesetzt wird, und die Schwankung des Schweißstromes als Führungsgröße für die Steuerung benutzt wird, so daß die je Längeneinheit aufgewandte elektrische Energie konstant bleibt, wird beim Erfindungsgegenstand bei vollkommen auf Konstanz geregelter Lichtbogenspannung die Schwankung im Abstand der Elektroden von dem Werkstück als Führungsgröße für die Steuerung des Schweißstromes oder/und anderer Schweißparameter zur Konstanthaltung der Einbrandtiefe benutzt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild des Schweißgerätes, das mit einer Steuerung des Schweißstromes zur Konstanthaltung der Eindringtiefe der Schweißung ausgestattet ist,

F i g. 2 ein Schaltbild des Schweißgerätes in einer abgewandelten Ausführungsform, bei der die Stellung der Lichtbogenbezugsspannung beeinflußt wird,

F i g. 3 ein der F i g. 1 entsprechendes Schaltbild mit einer abgewandelten Steuerung für den Schweißbrenner,

F i g. 4 ein Schaubild zur Darstellung der Lichtbogenlänge bei schwachen Schweißströmen und

Fig.5 ein der Fig. 1 entsprechendes Schaltbild, bei dem zusätzlich eine Steuerungsvorrichtung für die Schweißgeschwindigkeit vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist ein Schweißbrenner gezeigt, der aus einem Hajter 8 und einer nicht abschmelzenden Schweißelektrode 10 besteht, deren Abbrand für die Funktion des Schweißgerätes vernachlässigbar klein ist. Der Halter 8 hält die Schweißelektrode 10 so, daß sie zu einem Werkstück 11 zur Erzeugung eines Lichtbogens verschoben werden kann. Das Werkstück 11 kann aus verschiedenen Einzelstücken bestehen, die mit Hilfe der Schweißung miteinander verbunden werden. Eine den Schweißstrom liefernde Quelle 12 dient zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 11. Die Stromquelle 12 ist über den Leiter 13 an die Elektrode 10 und über den Leiter 14 an das Werkstück 11 angeschlossen. Die Schweißstrom liefernde Quelle 12 kann darüber hinaus mit einem Hochfrequenzoszillator verbunden sein, der in bekannter Weise einen zum Zünden des Lichtbogens zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 11 dienenden hochfrequenten Strom liefert.

Durch die die Elektrode 10 haltende Vorrichtung 8 kann, ebenfalls in bekannter Weise, ein inertes Gas um die Elektrode 10 geblasen werden.

Der Schweißbrenner 8, 10 wird von einem Arm 16 getragen, der mit Hilfe einer Gewindespindel 17 verstellbar ist. Zum Antrieb der Spindel 17 dient ein Motor 18, der die Antriebskraft über Zahnräder 19 und 20 auf die Spindel 17 gibt. Der Motor 18 kann daher durch Drehung der Gewindespindel 17 den Arm 16 in Längsrichtung verstellen und auf diese Weise die Stellung des Schweißbrenners 8, 10 im Verhältnis zum Werkstück 11 ändern.

Der Motor 18 kann durch eine Steuervorrichtung 22 zur Einstellung des Schweißbrenners 8, 10 in die gewünschte Stellung in der Weise gesteuert werden, daß die Spannung zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 11 konstant bleibt. Eine durch das Organ 23 geregelte Spannung dient als Bezugsspannung für die Stellung der Elektrode 10. Die Leiter 24 sind mit dem Werkstück 11 und der Elektrode 10 verbunden, so daß bei vernachlässigbarem Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen und den Lichtbogenenden praktisch die am Lichtbogen herrschende Spannung auf die Steuervorrichtung 22 einwirkt. Die Leiter 25 versorgen den Motor 18 mit dem von der Vorrichtung 22 abgegebenen Strom. Die Steuervorrichtung regelt die Stellung des Schweißbrenners 8,10 in der Weise, daß die Spannung zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 11 im wesentlichen konstant und im Verhältnis mit der vorgeregelten, vom Organ 23 abgegebenen Bezugsspannung bleibt.

Diese Vorrichtung zur Verstellung der Elektrode 10 unter Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Lichtbogenspannung ist dem Fachmann bereits bekannt.

Um die Eindringung der durch den zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 11 vorhandenen Lichtbogen erzeugten Schweißung konstant zu halten, muß die Elektrode 10 in einem im wesentlichen festen Abstand vom Werkstück 11 angeordnet werden. Um

dies zu erreichen, ist ein Taster 30 am Schweißbrenner 8,

10 befestigt, der mit einer Kugel 31 auf dem Werkstück

11 aufliegt. Der Taster 30 wird durch eine Feder 32 mit der Kugel 31 in Anlage am Werkstück 11 gehalten. Wenn der Schweißbrenner 8,10 sich im Verhältnis zum Werkstück 11 verlagert, folgt der Taster 30 dem Werkstück und verlagert sich ebenfalls im Verhältnis zum Halter 8.

Am Taster 30 kann eine Führung 33 für einen Draht aus der Schweißung zuzusetzendem Metall befestigt sein. Wenn der Taster 30 am Werkstück 11 anliegt, nimmt die Führung 33 ebenfalls eine zum Werkstück 11 und der Schweißung feste Stellung ein.

Um die Bewegung des Tasters 30 gegenüber dem Schweißbrenner 8, 10 auszuwerten, ist ein Meßorgan vorgesehen, welches aus einem Aufnahmeglied 34, einer Vergleichswerte für die Entfernung liefernden Anordnung 35 und einer als Wandler ausgebildeten Steuereinrichtung 36 besteht. Das Aufnahmeglied 34 ist am Schweißbrenner 8,10 befestigt. Wenn der Taster 30 sich im Verhältnis zum Schweißbrenner 8, 10 verstellt, verstellt er sich auch im Verhältnis zum Aufnahmeglied 34 und dieses erzeugt eine Ausgangsspannung, die sich mit der Änderung des Abstandes ändert. Die Ausgangsspannung des Aufnahmegliedes 34 wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die von der Vorrichtung 35 an die Steuereinrichtung 36 geliefert wird. Die hieraus gebildete Fehlerspannung, die an den Klemmen des Potentiometers 38 auftritt, wird an einem Meßgerät 37 angezeigt. Der Schieber 39 des Potentiometers 38 kann so geregelt werden, daß ein Fehlersignal der gewünschten Größe erhalten wird, das ein Maß für den Abstand zwischen der Elektrode 10 des Schweißbrenners 8, 10 und dem Werkstück 11, verglichen mit dem Bezugsabstand, darstellt, der im voraus an der Vorrichtung 35 eingestellt worden war.

Die Schweißstrom liefernde Quelle 12 ist so gewählt, daß der Strom sich unmittelbar mit Änderungen einer an die Stromquelle gelegten Steuerspannung ändert; der Schweißstrom der Quelle 12 ist aber nicht unmittelbar abhängig von der Lichtbogenspannung bzw. dem Elektrodenabstand.

Bei der Schaltung nach F i g. 1 wird an die Stromquelle 12, die den Schweißstrom liefert, eine am Potentiometer 40 abgegriffene Steuerspannung gelegt. Die Spannung, die von einer Wechselstromquelle abgenommen wird, wird über einen Transformator 41 auf Gleichrichter 42 gegeben, die eine Gleichspannung liefern. Die von den Gleichrichtern abgegebene Spannung liegt an einem Widerstand 43, einem Kondensator 44, einem weiteren Widerstand 45 und an einer spannungsregelnden Anodenröhre 46. An den Anschlüssen der Röhre 46 wird eine Gleichspannung abgenommen und auf die Anschlußklemmen des Potentiometers 40 gegeben. Der Schieber 48 des Potentiometers 40 kann so verstellt werden, daß an den Kontakten 49 und 59 und damit an der den Schweißstrom liefernden Quelle 12 eine vorgewählte Spannung liegt.

Zur Steuerung des Schweißstromes mit Hilfe des Wandlers 36 ist ein Stromkreis vorgesehen, in welchem in der Schweißstromleitung 14 ein stromempfindliches Relais 50 liegt. Dieses Relais ist mit Kontakten 51 versehen, die sich dann schließen, wenn der Schweißstrom über den Leiter 14 zugeführt wird, wodurch der Stromkreis, in welchem ein Relais 53 und ein Transformator 52 geschaltet sind, geschlossen wird. Das Relais 53 ist ein Verzögerungsrelais, das seinen Kontakt 54 erst nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne schließt. Der Kontakt 54 gibt den Strom des Transformators 52 über einen Wechselschalter 56 auf ein Relais 58. Der Wechselschalter 56 kann an einen Schalter zum Einschalten der Schweißstrom liefernden Quelle 12 angeschlossen sein. Das Relais 58 schaltet seinen beweglichen Kontakt 59 zwischen der Verbindung am Gegenkontakt 49 und am Gegenkontakt 60 um.

Wenn der bewegliche Kontakt 59 des Relais 58 am Kontakt 60 anliegt, vergrößert die an den Klemmen des unteren Teils des Potentiometers 40 vorhandene Spannung die im unteren Teil des Potentiometers 38 vorliegende Spannung und es wird eine Steuerspannung an die Schweißstrom liefernde Quelle 12 gegeben. Die von dem Wandler 36 abgegebene, dem Abstand der Elektrode 10 vom Werkstück 11 verhältnisgleiche Spannung wird also der am Schieber 48 des Potentiometers 40 eingestellten Bezugsspannung hinzugefügt. Die Größe der Fehlerspannung kann durch die Regelung des Schiebers 39 am Potentiometer 38 eingestellt werden. Wenn das Schweißgerät arbeitet, wird daher der Schweißstrom durch die Fehlerspannung gesteuert, die der Wandler 36 liefert.

Die Wirkungsweise des Schweißgerätes nach F i g. 1 ist wie folgt:

Wird die dem Schweißbrenner 8, 10 zugeordnete Steuervorrichtung 22 veranlaßt, daß sich der Halter 8 mit der Elektrode 10 vom Werkstück 11 zur Einstellung der gewünschten Lichtbogenspannung zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 11 entfernt, entfernt sich der Taster 31 von dem Aufnahmeglied 34, so daß das von diesem letzteren abgegebene Signal vom Bezugssignal abweicht und ein Fehlersignal entsteht. Dieses Fehlersignal wird als Spannung auf die den Schweißstrom liefernde Quelle 12 zur Erhöhung des von dieser gelieferten Stroms gegeben. Die Erhöhung des Stroms hat zur Folge, daß auch die Eindringtiefe des Lichtbogens, der zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 11 besteht, sich vergrößert, derart, daß der die Elektrode 10 tragende Halter 8 sich in Richtung zum Werkstück 11 verlagert. Dieses letztere sucht den Halter 8 in seine Ausgangsstellung zurückzubewegen, wie dies zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Eindringtiefe der Schweißung erforderlich ist.

Die F i g. 2 zeigt eine abweichende Ausführungsform der Erfindung, bei der im wesentlichen die gleichen Elemente mit den gleichen Aufgaben wie bei der Anordnung nach F i g. 1 verwendet werden. Im Gegensatz jedoch zu dem erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel wird die den Schweißstrom liefernde Stromquelle 12 nicht von einem in Abhängigkeit von dem Abstand der Elektrode 10, 11 zum Werkstück 11 stehenden Wandler 36, sondern durch die stromabhängige Anordnung 65 gesteuert, die eine konstante Steuerspannung auf die Schweißstrom abgebende Stromquelle 12 gibt. Die stromabhängige Vorrichtung 65 kann auf die gewünschte Spannung eingeregelt werden, bei der der Schweißstrom die für den jeweiligen Arbeitsvorgang erforderliche Stärke hat.

Die Steuervorrichtung 22 am Motor 18 zur Verstellung des die Schweißelektrode 10 tragenden Halters 8 wird bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 nicht durch eine Bezugsspannung wie in F i g. 1, sondern durch eine Bezugsspannung gesteuert, die als Fehlersignal von dem vom Abstand abhängigen Wandler 36 geliefert wird. F i g. 2 zeigt, daß die Spannung am oberen Teil des Potentiometers 40 über die Kontakte 49 und 59

an der den Arbeitskopf steuernden Vorrichtung 22 liegt. Der Schieber 48 des Potentiometers 40 kann zur Abgabe einer für den Betrieb der Vorrichtung geeigneten Spannung eingestellt werden.

Wenn der Strom auf die Schweißelektrode 10 gegeben wird und das Verzögerungsrelais 53 anspricht und seine Kontakte 54 schließt, wird das Relais 58 erregt und der Kontakt 59 trennt sich vom Kontakt 49 und stellt eine Verbindung mit dem Kontakt 60 her, derart, daß die am unteren Teil des Potentiometers 38 herrschende Spannung die Bezugsspannung am Potentiometer 40 zur Steuerung der Vorrichtung 22 vergrößert. Das Fehlersignal, das durch das Aufnahmeglied 34 erzeugt wird, wird daher ein Teil der Steuerspannung für die Vorrichtung 22. Wenn der automatische Arbeitskopf den Halter 8 gegenüber dem Werkstück 11 verstellt, verstellt sich auch der Taster 30 im Verhältnis zum Aufnahmeglied 34 und es ergibt sich eine von der durch die Anordnung 35 erzeugten Bezugsspannung verschiedene Spannung, die an den Klemmen des Potentiometers 38 auftritt. Der Schieber 39 des Potentiometers wird so eingestellt, daß die Fehlerspannung die an den Klemmen des Potentiometers 40 fest eingestellte Spannung um einen bestimmten Betrag übersteigt. Die genannten Spannungen wirken zusammen und liefern die Bezugsspannung für die Steuerung des Arbeitskopfes 22. Die Lichtbogenspannung wird mit dieser Spannung als Bezugsspannung zur Steuerung der Stellung des Halters 8 in Beziehung gebracht. Die Stellung der Elektrode 10 wird auf diese Weise von der Fehlerspannung so beeinflußt, daß die Eindringtiefe der Schweißung im wesentlichen konstant bleibt.

In Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, bei dem der Schweißstrom in Übereinstimmung mit der Stellung der Elektrode in gleicher Weise wie in F i g. 1 geregelt wird.

Bei der Anordnung nach F i g. 3 wird auch die Stellung der Schweißelektrode überwacht. Die einander entsprechenden Schaltungsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 gekennzeichnet.

Die Vorrichtung steuert den von der Stromquelle 12 zur Elektrode 10 am Halter 8 abgenommenen Strom in Abhängigkeit von der Stellung der Elektrode 10 zum Werkstück 11 in der gleichen Weise, wie dies im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert wurde.

In F i g. 3 ist ein Organ 70 zur Strommessung an die Schweißstromquelle 12 angeschlossen, das den von der Stromquelle 12 zu der Elektrode 10 und dem Werkstück 11 gelieferten Strom mißt. Dieses Meßorgan 70 liefert eine dem Schweißstrom proportionale Spannung, die an die Anschlußklemmen des Meßgerätes 72 und des Potentiometers 73 gelegt ist. Die vom Potentiometer 73 abgenommene Spannung wird mit einer Bezugsspannung vereinigt, die von Gleichrichtern, die in ihrer Anordnung den Elementen 41 bis 46 entsprechen, geliefert wird. Den Gleichrichtern ist ein Transformator 75 vorgeschaltet, der an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Der Transformatorausgang ist mit dem Eingang der Brückengleichrichter 76 verbunden. Der gleichgerichtete Strom wird mit Hilfe des Widerstandes 77 und des Kondensators 78 gefiltert und über einen Widerstand 79 auf eine spannungsregelnde Röhre 80 gegeben. Diese letztere gibt an die Anschlußklemmen des Potentiometers 81 eine geregelte Spannung ab.

Das Potential am Schieber des Potentiometers 81 liegt an den Kontakten 85 und 86 des Relais 58 in der Leitung 90, die zu der den Arbeitskopf beeinflussenden Steuerung 22 geht. Auf diese Weise wird eine Bezugsspannung auf die Steuerung für den Schweißbrenner 8,10 gegeben, die der von der Vorrichtung 23 in F i g. 1 gelieferten Bezugsspannung analog ist. Solange das Relais 58 nicht anspricht, ist die Bezugsspannung unveränderlich, wobei ihre Größe durch die Stellung des Schiebers am Potentiometer 81 bestimmt wird.
Sobald das Relais 58 anspricht, trennen sich die Kontakte 85 und 86 und es wird eine Verbindung zwischen dem Kontakt 86 und dem Kontakt 87 hergestellt. Hierdurch wird die Spannung des Teils 74 des Potentiometers 73 zur Spannung im unteren Teil des Potentiometers 81 hinzugefügt und die kombinierte Spannung wird auf die Leitung 90 gegeben. Das Potential der Leitung 90 dient zur Steuerung der Einstellung der Schweißelektrode mit Hilfe der Steuervorrichtung 22 für den Arbeitskopf, um auf diese Weise die gewünschte Stellung der Elektrode einzustellen. Das Potential im Leiter 90 ändert sich mit dem Schweißstrom ebenso wie die Spannung am Teil 74 des Potentiometers 73. ,

Man hat gefunden, daß die Ausführungsform nach F i g. 3 besonders dann vorteilhaft ist, wenn mit schwach eingestelltem Schweißstrom gearbeitet wird. Um bei einer konstanten Lichtbogenspannung und bei schwachem Schweißstrom eine gleichbleibende Eindringtiefe der Schweißung zu erzielen, muß die Länge des Lichtbogens vergrößert werden, wenn der Schweißstrom abnimmt. Diese Verhältnisse sind in Fig.4 wiedergegeben, in der die Länge des Lichtbogens als Ordinatenwert den in der Abszisse erscheinenden Stromstärken gegenübergestellt ist. Die sich hierbei ergebende Kurve bezieht sich auf eine konstante Eindringtiefe der Schweißung. Bei dem dargestellten Beispiel tritt bei einer Stromstärke von 175 A ein Knick in der Kurve auf. Oberhalb des genannten Wertes bleibt die Länge des Lichtbogens bei gleichbleibender Eindringtiefe der Schweißung konstant. Unterhalb von 175 A dagegen ist es ratsam, die Länge des Lichtbogens im umgekehrten Verhältnis zur Stromänderung zu ändern, um eine gleichbleibende Eindringtiefe der Schweißung bei gleichbleibender Spannung im Lichtbogen zu erreichen. Die in F i g. 3 schaubildlich dargestellte Vorrichtung kann zur Erzielung dieser Wirkungsweise verwendet werden.

In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem im wesentlichen die gleichen Elemente wie bei den Anordnungen nach F i g. 1 und 2 verwendet werden und bei dem die Eindringtiefe der Schweißung durch Steuerung der Verlagerungsgeschwindigkeit des Werkstücks im Verhältnis zur Schweißelektrode beeinflußt wird. Bekanntlich kann während der Schweißung entweder die Elektrode 10 oder das Werkstück 11 bewegt werden. In Fig.5 ist eine Anordnung wiedergegeben, bei der das Werkstück 11 bewegt wird. Das Werkstück 11 liegt hierbei auf einem beweglichen Tisch 92. Der Tisch wird durch einen Motor 93, der auf beliebige Weise damit verbunden sein kann, beispielsweise durch eine Zahnstange unterhalb der Tischplatte, mit der ein auf der Motorwelle befestigtes Ritzel 95 in Eingriff steht, verschoben. Die Motordrehzahl 93 wird durch die Vorrichtung 96 beeinflußt, die die Geschwindigkeit in Abstimmung mit einer Steuerspannung, die ihr zugeführt wird, einstellt. Die Vorrichtungen zur geeigneten Steuerung des Motors zu diesem Zweck sind bekannt.

Die Spannung, die von dem durch den Abstand

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zwischen Elektrode 10 und Werkstück 11 beeinflußten Wandler 36 geliefert wird, liegt über dem beweglichen Kontakt 59 des Relais 58 an der Steuervorrichtung 96 des Motors.

Die Vorrichtung nach der Fig.5 arbeitet in der gleichen Weise wie die Anordnung nach F i g. 1 mit der Ausnahme, daß die von dem Wandler 36 erzeugte Spannung die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück 11 und der Elektrode 10 zur Einstellung der Schweißgeschwindigkeit regelt und nicht, wie dies bei jo F i g. 1 der Fall ist, den Schweißstrom.

Bei der Anordnung nach F i g. 5 wird die den Schweißstrom liefernde Quelle 12 durch eine stromabhängige Einrichtung 65 geregelt, die, wie dies im Fall der Fig.2 vorgesehen ist, eine feste Bezugsspannung abgibt. Die Verstellung des Schweißbrenners 8,10 nach F i g. 5 wird durch die spannungsabhängige Einrichtung 23 herbeigeführt, die eine gleichbleibende Bezugsspannung wie bei der Anordnung nach F i g. 1 abgeben kann.

Bei der Regelung der Drehzahl des Motors 93 wird gleichzeitig die Schweißgeschwindigkeit und damit, wie weiter oben erläutert, die Eindringtiefe der Schweißung eingestellt.

Anstatt nur auf einen der die Eindringtiefe der Schweißung beeinflussenden Faktoren einzuwirken, wie das in jeder der F i g. 1,2 und 5 vorgesehen ist, kann auch eine Kombination der Eigenschaften der drei erläuterten Vorrichtungen zur Steuerung von zwei oder mehreren der erwähnten Faktoren gleichzeitig vorgenommmen werden.

Das heißt, daß der Schweißstrom, die Bezugsspannung, durch die die Elektrode in die ihr zukommende Stellung verstellt wird, und die Schweißgeschwindigkeit alle oder daß zwei von diesen Größen gesteuert sein können. Hierbei ist es möglich, die gleiche Steuerspannung zu verwenden.

Fig.3 zeigt eine Anordnung, bei der der Schweißstrom und die Einstellvorrichtung für den Arbeitskopf zur Erzielung einer gewünschten Eindringtiefe der Schweißung beeinflußt werden.

Es ergibt sich aus dem Vorstehenden, daß es nach der Erfindung möglich ist, eine selbsttätige Steuerung der Schweißung herzustellen, durch die eine gleichbleibende Eindringtiefe der Schweißung durch Steuerung des Schweißstroms und/oder der Bezugsspannung zur Einstellung der Schweißelektrode und/oder der Schweißgeschwindigkeit erfolgt. Wie vorstehend ausgeführt worden ist, handelt es sich hierbei um die drei wesentlichsten, die Eindringtiefe der Schweißung beeinflussenden Faktoren, wobei man bei Einwirkung auf einen oder mehrere dieser Faktoren jeweils die gewünschte Eindringtiefe erzielen kann. Der Schweißstrom, die Bezugsspannung, mit deren Hilfe der Arbeitskopf der automatischen Schweißmaschine in seine Stellung gesteuert wird, und die Schweißgeschwindigkeit können alle durch ein Fehlersignal gesteuert werden, bzw. ist es möglich, zwei dieser Größen zu steuern, sofern nicht die Steuerung nur einer einzigen dieser Größe dazu ausreicht, die bei dem besonderen Anwendungszweck geforderte Genauigkeit zu erreichen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenschweißgerät mit nichtabschmelzender Elektrode und selbsttätiger Regelung des Lichtbogens auf gleichbleibende Länge in Abhängigkeit von der Differenzspannung zwischen dem Spannungsabfall an der Lichtbogenstrecke und einer einstellbaren Bezugsspannung, gekennzeichnet durch einen elektrischen Steuerkreis (34 bis 60), der in Abhängigkeit von dem Abstand des Schweißbrenners (8, 10) von der ebenen Oberfläche des Werkstückes (11) die Schweißstromquelle (12) derart steuert, daß bei langer bzw. kurzer werdendem Lichtbogen der von der Stromquelle (12) gelieferte Schweißstrom so weit erhöht bzw. erniedrigt wird, daß die je Zeit- und Längeneinheit in die Schweißstelle eingebrachte Wärmemenge sich in demselben Sinne ändert.

2. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Schweißstromquelle bzw. des Abstandes des Schweißbrenners (8,10) mit einer unabhängigen Bezugsspannung geregelt wird.

3. Schweißgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (34 bis 60) einen Wandler (36) umfaßt, der eine Fehlerspannung erzeugt, die gleich der Differenz zwischen der von dem Abstand des Schweißbrenners (8, 10) zum Werkstück (11) abhängigen Spannung und der Bezugsspannung ist.

4. Schweißgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (34 bis 60) einen Taster (30) aufweist, der gegenüber dem Schweißbrenner (8, 10) beweglich ist und mit einem Teil (31) an dem zu schweißenden Werkstück (11) anliegt, wobei ein Aufnahmeorgan (34) dem Taster (30) zugeordnet ist, das die von dem Abstand zwischen dem Schweißbrenner (8, 10) und dem Werkstück (11) abhängige Spannung erzeugt.

5. Schweißgerät nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom durch die vom Wandler (36) gelieferte Fehlerspannung gesteuert wird.

6. Schweißgerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom mit Hilfe einer Spannung gesteuert wird, die aus der Differenz zwischen der vom Wandler (36) gelieferten Spannung und der Bezugsspannung gebildet wird, um hierdurch den Schweißbrenner (8, 10) in dem gewünschten Abstand zum Werkstück (11) zu halten.

7. Schweißgerät nach den Ansprüchen 1,2,4 und 5 oder 1,2,3,4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Abstandes des Schweißbrenners (8, 10) vom Werkstück (11) in Abhängigkeit von der Spannung an den Lichtbogenenden erfolgt, derart, daß diese Spannung im wesentlichen konstant gehalten wird.

8. Schweißgerät nach den Ansprüchen 1,2,4,5 und

7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Schweißbrenners (8, 10) vom Werkstück (11) einerseits von der Lichtbogenspannung und andererseits von der vom Wandler (36) gelieferten Spannung gesteuert wird.

9. Schweißgerät nach den Ansprüchen 1,4,5,7 und

8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der von einem Wandler (36) der Steuereinrichtung gelieferten Fehlerspannung die Größe des Schweißstromes und mit Hilfe des Schweißstromes der Abstand des Schweißbrenners (8,10) gesteuert wird.

10. Schweißgerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (92 bis 95) zum Bewegen des Werkstückes (11) gegenüber dem Schweißbrenner (8, 10), wobei die Steuerung der Vorrichtung (92 bis 95) durch eine die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes (11) gegenüber dem Schweißbrenner (8, 10) und damit die Schweißgeschwindigkeit erfassende Spannung erfolgt.

11. Schweißgerät nach Anspruch 1 und 10 sowie einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes (11) gegenüber dem Schweißbrenner (8, 10) erfassende Spannung von dem Wandler (36) geliefert wird, der eine in Abhängigkeit von der Stellung des Schweißbrenners (8, 10) zum Werkstück (U) stehende Spannung abgibt.