DE2546221C3

DE2546221C3 - Verfahren zum selbsttätigen Fuhren eines Lichtbogenschweißkopfes und Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens

Info

Publication number: DE2546221C3
Application number: DE19752546221
Authority: DE
Inventors: Peter Hirsch; Franz-Josef King
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1975-10-15
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2546221B2; DE2546221A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dein Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens.

Beim automatischen Lichtbogenschweißen langer Nähte erbringt eine Abweichung des Brenners aus der Fugenmitte eine fehlerhafte Schweißung. Deshalb sind bereits zahlreiche Lösungen zum selbsttätigen Führen des Schwcißkopfes vorgeschlagen worden.

Es ist so bereits bekannt, zur Mittensteuerung des Schweißbrenners mechanische Mittel wie Taststifte, Lcitrollen u.dgl. einzusetzen (vgl. US-PS 30 80 472). Wesentlicher Nachteil solcher Steuerungsgeräte ist der unvermeidbare, zu l-'ehlstcuerungen führende Verschleiß der Fühler im ι auhcn Werkstatibetrieb.

Es sind auch Lösungen für die berührungslose Führung des Schweißkopfcs in Fugcninitte bekannt geworden, die auf kapazitiver, induktiver oder optischer Grundlage beruhen (s. US-PS 58 ^r)5 446). Dabei sind aber zusätzliche Einrichtungen am Schweißkopf dicht an der Schweißstelle erforderlich, wodurch oft Schwierigkeiten aufgrund der Temperatur- und Sthmiit/.emplindliehkeit der Sensoren auftraten. Außerdem haben solche Vorrichtungen den Nachteil gemeinsam, daß der unvermeidliche Abstand zwischen MeUsiclle und Schweißstelle von vornherein eine gewisse Führungsungenauigkeit zur Folge hat, deren Ausgleich weitere Maßnahme erfordert. Solche zeigt die schon genannte US-PS 3080472. ferner die US-PS 3158 121 (s.

insbesondere Fig. I u.Text). Bei stärkeren Krümmungen der Fuge ist es zudem erforderlich. Brenner und Sensor zu trennen und die Stellsignale für die Brenncrverstellung zu speichern, was zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist auch schon

'u bekannt geworden, den Lichtbogen selbst als Meßfühler zu benutzen (vgl. US-PS 32 04 081; ähnl. DE-AS 10 80712). Da aber nur eine einzige Drehelektrode vorgesehen ist, wird der Lichtbogen magnetisch abwechselnd zu beiden Flanken der Fuge ausgelenkt.

Die dynamische Veränderung der Lichtbogenkenngrößen zwischen zwei Auslcnkungen stellt ein Maß für die Abweichung aus Fugenmitte dar. Dieses Auslenken bleibt nicht ohne Einfluß auf den Schweißprozeß, der sich nachteilig in der Einbrandform und der Schweißlei-

-° stung überall dort zeigt, wo technologisch ein Pendeln durchaus überflüssig ist und nur zum Zwecke der Positionsermittlung durchgeführt wird. Zudem erfordert es den zusätzlichen Aufwand einer magnetischen Pendelvorrichtung, dazu einer aufwendigen elektronisehen Signalauswcrtung.

Es ist auch schon bekannt, zwei Drahtelektroden zu verwenden und diese so anzuordnen, daß der eine Lichtbogen die eine Flanke und der andere die gegenüberliegende Flanke der Schweißfuge anschmilzt.

^J() Unbedingte Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß das Brennersystem exakt in Fugenmitte geführt wird, was die Anwendung eines der oben beschriebenen Führungssysteme erfordert (vgl. hierzu: Werner Schatz »Die Unterpulverversch weißung«. Eisenberg/Pfalz.

>"> 1962).

Der Erfindung liegt also die Aulgabe zugrunde, ein vom apparativen Aufwand sowie der elektronischen Steuerung her sehr einfaches und außerdem nicht mehr störanfälliges Führungssystem zu entwickeln, das die

⁴⁽¹ Vorteile der Zweidrahtschweißung (nach Schatz, s. oben) und der Fugenniitlenführung des Brennersystems in sich vereinigt. Ein solches System ist Gegenstand des kennzeichnenden Teiis des I lauptanspruchs. In den Unteransprüchen sind einige Einzelheiten der /ugehöri-

^4r> gen Vorrichtung behandelt.

Erfindungsgeniäß ist vorgesehen, daß die beiden .Schweißdrähte bzw. Elektroden dem Lichtbogenpro/eß elektrisch voneinander isoliert zugeführt werden. In die sich so ergebenden getrennten Stromkreise ist je ein

'>° Melishunt geschaltet, mit dein die Teilsirömc gemessen werden, um anschließend verglichen /u werden.

Bei Abweichung ties Brenners aus der I ugciimittc ergeben sich durch Änderung der Widerstandsstreeken zwischen dem freien Ende der Drahtelekiroden und

^v> dem Werkstück über den Lichtbogen unterschiedliche Teilströme in den getrennten Stromkreisen. Die Differenz dieser Teilslrönie bildet das Meßsignal, das nach einer üblichen Verstärkung zur Ansteuerung des den seitlich beweglichen Brennersehlitlen antreibenden

^h0 Motors genutzt wird, womit eine automatische Rückstellung des Brenners in Fugcnmitlc erfolgt.

In tier Zeichnung ist ein Alisführungsbeispiel, hier in Verbindung mit einer Einrichtung für Schul/gasschweißen, rein schemalisch dargestellt. Es zeigt

^h' Fig. I den Schweißbrenner mit Stromversorgung ι iid Sehn ι/gaseinrichtung,

Fig. 2 die Ausbildung der Vorsehuhnillen für die Drahlcleklroden,

Kig. 3 das Schema der Verstärkeranlage, die dem Verstellmotor vorgeschaltet ist.

In Fig. 1 ist' mit I die Stromquelle für den .Schweißstrom bezeichnet. Dieser wird den beiden in einem Schutzgassehweißbrenner 3 angeordneten Drahtelektroden 22 zugeführt. Für fliese ist eine gemeinsame Vorschubvorrichtung 2 vorgesehen. In den getrennten Strom/.uführungen 9 befindet sich je ein handelsüblicher Shunt 10, der einen Spannungsabfall von 150 mV bei 600 A aufweist. Der Abstand der beiden elektrisch voneinander getrennten, in einer gemeinsamen Schutzgasdüse 6 angeordneten Kontakrohre 4 mit Düsen 5 ist so ausgelegt, daß sich ein Elektrodenabstand von 8 mm ergibt.

Bei einem Versuch wurde mit für einen Drahtdurchmesser von 1,0 mm üblichen Strom- und Spannungswertcn von 230 A und 29 V pro Draht geschweißt. Die Schweißgeschwindigkeit betrug 450 mm/min. Bei einer zwangsweise aufgebrachten Nahtmittenabweichung von z. B. 2 mm betrug die Differenz der beiden Teilströme zwischen Werkstück 19 und Drahtende 20 über den Lichtbogen 21 beim Verschweißen einer Y-Fuge mit 60° Öffnungswinkel, Blechdicke 16 mm, Steghöhe 2 mm. Luftspalt 0 mm etwa 30 A, was einer Spannungsdifferenz an den Meßshunts von 7,5 mV entsprach. Diese Spannungsdifferenz wurde mit der Meßverstärkereinrichtung nach Fig. 3 auf das lOOfache verstärkt und in Schrittimpulse zum Ansteuern des in der Vorrichtung zur Brennerseitenverstellung verwendeten Schrittmotors M umgewandelt, wobei der Brenner sich in Nahtmitte zurückstellte, bis die beiden

in Teilströme wieder gleich waren.

Bei schräger Ausrichtung der Fuge relativ zu der Führungsbahn des Brennervorschubwagens folgte der Brenner gleichmäßig und kontinuierlich mittels der Steuerung nach der Erfindung exakt dem aufgezwungenen Fugenverlauf in Fugenmitte. Dabei verlief der Schwf.ißprozeß absolut störungsfrei mit gleichmäßiger Ausbildung der Wurzelraupe bzw. der nach Abschweißen der Wurzellage geschweißten Füllagen. Selbst beim Schweißen der Decklage reichte eine geringe Höhendiffcrenz zwischen der letzten Füllage und der Fugenoberkante aus, den Brenner ohne erkennbare Mittenabweichung zu führen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen Führen eines Lichtbogen-Schweißbrenners für abschmelzende Drahtelektroden entlang der Fugenmittellinie bei symmetrischer Fuge, mit dem Lichtbogen als Meßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drahtelektroden (22) in an sich bekannter Weise räumlich nebeneinander und elektrisch parallel, jedoch voneinander isoliert angeordnet sind, daß die gleichzeitigen Stromwerte in den beiden Lichtbogen-Stromkreiszweigenil, lO,20,19) gemessen und miteinander verglichen werden, und daß eine Stromdifferenz auf eine Seiienverslelleinrichtung (M) des Schweißbrenners im Sinne seiner Rückführung zur Fugenmitte mit gleiclibelasteten Lichtbogenstromkreiszweigen ei.iwirkt.

2. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Isolierung der Drahtelekiroden im Schweißbercich auch die zugehörigen Vorschub- und Anpreßrollen (8, 18) sowie die Aufhängung der Haspeln für den Elektrodcndraht und dessen Führungen ebenfalls voneinander isoliert ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer gemeinsamen Schutzgasdüsc für das Eleklrodcnpaar für jede Elekrodc eine besondere, an dem gemeinsamen Brenner durch Schraub- oder Steckverbindung angcbrachie Sc'iutz.gasdüsc vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ansteuern eines Verstellmotors (M) eine an sich bekannte Steuer- und Verstärker-Einrichtung (F ig. 3) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktrohre (4) mit den Düsen (5) in dem Gehäuse des Sehulzgasbrcnncrs in Abstund und Neigung zueinander verstellbar angeordnet sind.