DE642216C - Verfahren und Vorrichtung zur UEberwachung und Regelung von Arbeitsbedingungen mittels strahlungsempfindlicher Zellen beim Schweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens zur Überwachung· und Regelung von Arbeitsbedingungen beim Schweißen von Metallen mittels strahlungsempfindlicher Zellen nach Patent 631 730. Bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent, das sich auf die elektrooptische Überwachung und Regelung der Arbeitsbedingungen beim Schweißen und Schneiden von Metallen bezieht, wird die strahlungsempfindliche, z. B. photoelektrische Zelle auf erwärmte Stellen - des Werkstücks, und zwar beim Schweißen z. B. auf die Schweißstelle, gerichtet, um Abweichungen der Temperatur des Werkstoffes anzuzeigen und/oder die Temperaturänderungen rückgängig zu machen, z. B. durch Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkstück und Wärmequelle und/oder der zugeführten Wärmemenge.

Beim Schweißen von Blechen über 3 mm Stärke erfolgt gewöhnlich die Schweißung mittels eines Zusatzwerkstoffes, der von einem der Schweißstelle fortlaufend zugeführten Stabe oder Drahte abgeschmolzen wird.

Infolge der dabei stattfindenden Vermischung des Zusatzwerkstoffes mit dem Grund- · werkstoff ist es notwendig, daß nicht nur die Menge des zusätzlichen Schweißwerkstoffes, die der Schweißstelle zugeführt. wird, sondern auch die Temperatur des Zusatzwerkstoffes gleichbleibt. Man hat deshalb schon vorgeschlagen, den Schweißstab in geringem Abstande von seinem in das Schmelzbad tauchenden Ende zu erhitzen. Da nun die Menge des Zusatzwerkstöffes, die für eine Längeneinheit des Werkstücks erforderlich ist, gleichgiehalten werden muß, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Wärmequelle bei Temperaturänderungen des . Grundwerkstoffes gemäß dem Hauptpatent erhöht oder verringert wird, muß auch die Zuführung des Zusatzwerkstoffes in entsprechender Weise beschleunigt oder verlangsamt werden. Wird aber die Zuführung des Zusatzwerkstoffes beschleunigt, so findet bei

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gleichbleibender Vorwärmung des Zusatzwerkstoffes eine Verteilung der Hitze über einen größeren Betrag des Zusatzwerkstoffes statt, so daß dessen Temperatur erniedrigt. wird. Dadurch wird auch die Temperatur: des Schmelzbades erniedrigt, so daß keine einwandfreie Schweißung erzielt wird. Umgekehrt wird, wenn die Geschwindigkeit des Werkstückes verringert und die Zuführung ίο des Zusatzwerkstoffes verlangsamt wird, die Schweiße überhitzt. In diesem Fall entsteht die Möglichkeit, daß das Werkstück durchgebrannt oder in anderer Weise beschädigt wird.

Nach der Erfindung werden diese Mangel dadurch beseitigt, daß bei dem Verfahren des Hauptpatentes eine weitere lichtempfindliche, z. B. photoelektrische Zelle von der von dem vorgewärmten Schweißstab ausgestrahlten ao Energie beeinflußt wird, um die Vorerhitzung des Schweißstabes seinem langsameren oder schnelleren Vorschübe entsprechend zu regeln. Auf der Zeichnung ist eine zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung bestimmte Schweißvorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch einen für die Schweißvorrichtung nach der Erfindung bestimmten Brenner in größerem Maßstab.

Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Brennner nach der Linie 4-4 der Fig. 3.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Erfindung bei einer Vorrichtung verwirklicht, welche zum Vorschübe des zu schweißenden Werkstücks W mit einem Walzenpaar F versehen ist. Die Walzen F werden durch einen Motor M angetrieben, dessen Umlaufszahl in der im Hauptpatent beschriebenen Weise durch eine auf strahlende Energie ansprechende Vorrichtung, beispielsweise durcheinephotoelektrischeZelleC, geregelt wird, welche auf die Schweißstelle des Werkstücks gerichtet ist.

Zum Schmelzen der Schweißkanten sind wiederum ein Vorwärmbrenner B' und ein Schweißbrenner^ (Fig. 1) vorgesehen. Diese Brenner sind mit Sauerstoff- und Brenngashauptleitungen 12 und 13 durch Zweigleitungen 12", 13^s und I2^&, 13* verbunden. Die Zuführung des Schweißstabes D zur Schweißstelle erfolgt durch ein Rollenpaar 30 und 31. Die eine dieser Förderrollen oder beide Förderrollen stehen z. B. mit einer der Werkstückvorschubwalzen F in Antriebeverbindung. Diese Verbindung besteht bei der dar-Oo gestellten Ausführungsform aus Wellen 32 und 33, die durch ein Kegelradpaar 34 miteinander verbunden sind. Die Welle 32 wird durch eine der Walzen F mittels eines Kegelradpaares 35 angetrieben, und die Welle 33 ,treibt die eine Rolle 31 mittels eines Kegel-,": radpaares 36 an.

..Vi-'Um den Schweißstab D vorzuwärmen, ist iri^: bekannter Weise ein Brenner 37 vorgesehen, welcher einen von einem Schaft oder Handgriff 39 getragenen Kopf 38 aufweist. Der Kopf 38 ist zweckmäßig mit einem axialen Führungskanal 40 (Fig. 3) versehen, durch den der Schweißstab D nach der Schweißzone geleitet wird. Konzentrisch zum Führungskanal 40 ist ein Gaskanal 41 vorgesehen, der mit einem Kanal 42 verbunden ist, welcher sich axial durch den Handgriff 39 erstreckt, und durch den ein Brenngas-Sauerstoff-Gemisch nach Auslaßkanälen 43, die am nasen.f örmigen Ende des Kopfes 38 vorgesehen sind, geleitet wird. Diese Auslaßkanäle sind zweckmäßig nach dem durch den Brennerkopf 38 geführten Schweißstab D hin geneigt.

Die zur Zusammensetzung des Verbrennungsgemisches dienenden Gase, z. B. Sauerstoff und Acetylen, werden nach dem Kanal 42 von den Hauptgasleitungen 12 und 13 aus durch eine Mischkammer 44 geleitet, die in der Bohrung 45 eines Tragkörpers 46 vorgesehen ist. Der Kanal 42 ist in einem Rohre 47 vorgesehen, das innerhalb des Gehäuses 48 des Handgriffs 39 den Tragkörper 46 mit einer Hülse oder einem Nippel 49 verbindet, der in den Kopf 38 eingeschraubt ist. Mit Hilfe eines durch den Kopf 38 hindurchgeführten Kanals 41" ist die Bohrung des Nippels 49 mit dem Kanal 41 verbunden.

Der Kopf 38 ist von einem rohrförmigen Gehäuse 52 umgeben, um einen von Kühlwasser durchflossenen Mantel 53 zu schaffen. Der Kanal 42 kann ebenfalls durch Wasser gekühlt werden. Zu diesem Zweck sind flüssigkeitsdichte Verbindungen zwischen dem Gehäuse 48, dem Rohr 47, dem Körper 46 und dem Kopf 38 vorgesehen. Die Zufuhr von Wasser in das Innere des Gehäuses 48 erfolgt durch eine Leitung 66, von der ein Rohr 67 bis in die Nähe des unteren Endes der Kühlkammer geführt ist. Der Abfluß ω des Wassers findet durch eine Auslaßleituiig 68 statt.

Der Zufluß von Sauerstoff und Brenngas durch die Hauptleitungen 12 und 13 nach der Mischkammer 44 des' Vorwärmbrenners 37 wird von Hand durch Drosselventile 69 und geregelt, und zwar werden diese Ventile derartig eingestellt, daß höchstens eine Gasmenge durchgelassen wird, die für die geringste Schweißgeschwindigkeit erforderlich ist. Die genannten Ventile sind zweckmäßig in den Hauptgasleitungen 12 und 13 zwischen

den Abzweigstellen der Leitungen I2^a, 13° und dem Brenner 37 angeordnet und dienen dazu, während des Schweißens in den Hauptleitungen unveränderliche Durchlässe zu bilden, welche in Zusammenwirkung mit selbsttätig geregelten Ventilen 73, 74 eine bestimmte Menge jedes der zur Bildung des Verbr.ennungsgemisches erforderlichen Gase dem Brenner 37 zuführen.

Die selbsttätig regelbaren Ventile 73, 74 sind in Leitungen 71 und 72 angeordnet, welche die Ventile 69 und 70 umgehen, und mit einer Stange 76 aus magnetisierbarem Stoff verbunden, welche den Kern einer Spule

75. bildet, die in einen Stromkreis mit einer Batterie JJ und einem Hebel 78 eingeschaltet ist, dessen eines Ende abwechselnd mit dem einen oder anderen von zwei Kontaktstücken 79 oder 80 in Berührung kommen kann, die je mit dem einen oder anderen Ende der Spule 75 durch Leitungen 81 und 82 verbunden sind. Die Spule 75 ist zwischen ihren Enden mittels eines Leitungsstückes 83 mit dem einen Pol der Batterie 77 verbunden.

Der andere Pol dieser Batterie steht mit dem anderen Ende des Hebels 78 mittels einer Leitung 83" in Verbindung.

Wenn der Hebel 78 das Kontaktstück 79 berührt, fließt der Batteriestrom in der einen Richtung durch den in den Stromkreis eingeschlossenen Teil der Spule 75. Wenn dagegen der Hebel das Kontaktstück 80 berührt, fließt der Strom durch den anderen Teil der Spule 75 in entgegengesetzter Richtung. Die Spule 75 wirkt daher in entgegengesetzten Richtungen, so daß die Stange j6 in entgegengesetzten Richtungen bewegt wird, um die Ventile 73 und 74 zu öffnen oder zu schließen, je nachdem der Hebel 78 mit dem einen oder dem anderen der Kontaktstücke 79, 80 in Berührung gekommen ist.

Die Verstellung des Hebels 78 erfolgt selbsttätig durch auf von der vorerhitzten Zone des Schweißstabes D ausgestrahlte Energie ansprechende Mittel, beispielsweise eine photoelektrische Zelle 84. Diese Zelle ist mittels Leitungen 85 in einen Stromkreis mit Verstärkungsmitteln, .beispielsweise mit einem thermionischen Verstärker 86, eingeschaltet. Die Endleistungsklemtmen dieses Verstärkers liegen in einem Stromkreis mit einer Wicklung 87, die zwischen den Polen 88 eines Magnets angeordnet ist und sich daher drehen kann, wenn sie vom Strom durchflössen wird. Der Hebel 78 ist an der Wicklung 87 befestigt, so daß er an deren Drehung teilnimmt.

Der Hebel 78 wird entsprechend einer bestimmten normalen Vorwärmtemperatur des Schweißstabes D an derjenigen Stelle, auf welche die photoelektrische Zelle 84 gerichtet ist, so eingestellt, daß sein freies Ende in der Mitte zwischen den Kontaktstücken 79 und 80 liegt. Bei irgendeiner Änderung dieser Vorwärmtemperatur nimmt der Strom in der Spule 87 im Verhältnis zu einem bestimmten normalen Wert entweder zu oder ab. Dementsprechend wird mittels des Hebels 78 die Spule 75 beeinflußt, und zwar fließt durch diese Spule ein Strom in einer Richtung, die je nach der Stärke des im Stromkreis 85 durch die Zelle 84 hervorgerufenen Stromes durch Berührung des Hebels 78 entwedermit dem einen oder mit dem anderen der Kontaktstücke 79 oder 80 bestimmt ist.

In den Umgehungsleitungen Ji und 72 können von Hand einstellbare Drosselventile 89 und 90, in den Zweigleitungen 12°, 12⁶, 13", 13* solche Drosselventile 911, ga, 9.3 und 94 vorgesehen sein.

Beim Betriebe der beschriebenen Schweißmaschine wird, wenn das Werkstück W unter den Brennern B', B mittels der Walzen F vorbeibewegt wird, der Schweißstab D infolge der Antriebsverbindung zwischen der Förderrolle 31 und einer der Walzen F der Schweißstelle zugeführt. Den Temperaturänderungen innerhalb der Schweißstelle entsprechend wird durch die photoelektrische Zelle C, das Schütz R, den Regelungsmotor K und den Widerstand H die Drehzahl des Motors M, welcher die Werkstückvorschubwalzen F antreibt, geregelt, und zwar wird die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks erhöht oder verringert, je nachdem die Erhitzung der Schweißkanten über die normale Höhe steigt oder unter diese sinkt. Die Zuführgeschwindigkeit des Schweißstabes D wird ebenfalls entsprechend der Vergrößerung oder Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit des ioo Werkstücks vergrößert oder verringert. Die •Gaszufuhr zum Schweißstabvorwärmbrenner 37 wird dabei entsprechend vergrößert oder verringert. Somit wird sowohl die Erhitzung ' des Werkstücks als auch die Vorwärmung des Schweißzusatzwerkstoffes im wesentlichen gleichmäßig gehalten.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 veranschaulichten hauptsächlich durch die Art, wie die Regelung der Gaszufuhr zum Schweißstabvorwärmbrenner 37 erfolgt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2. werden die Hauptleitungen 12 und 13 zwischen den Abzweigungen der Rohre 12°, 13° und dem Brenner 37 durch von Hand einstellbare Drosselventile 100 und ι ο ι und durch selbsttätig geregelte Ventile 102 und 103 überwacht. Umgehungsleitungen sind bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung nicht vorgesehen, d. h. iao die Ventile 102 und 103 sind in den Hauptleitungen 12 und 13 angeordnet, jedoch kön-

nen solche Umgehungsleitungen vorgesehen sein.

Die Ventile 102 und 103 sind entsprechend einer normalen Durchflußmenge der Gase eingestellt. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. ι ist auf den vorgewärmten Schweißstab D die photoelektrische Zelle 84 eingestellt. Diese Zelle befindet sich wiederum in einem Stromkreis 85 mit Verstärkungsmitteln 86. Die Endleistungsklemrrien des Verstärkers 86 liegen in einem Stromkreis mit einer Wicklung 87, an welcher ein Hebel 78 befestigt ist, so daß sich dieser mit der Wicklung 87 unter dem Einfluß des Magnets 88 drehen kann, wenn der Stromfluß durch die Wicklung in dem einen oder anderen Sinn geändert wird.

Der Hebel 78 ist mit dem einen Pol einer Batterie 77 leitend verbunden. Mit dem anderen Pol dieser Batterie sind Kontaktstücke 104 und 105 mittels Leitungen 106 und 107 verbunden, in welche Spulen 108 und 109 eingeschaltet sind. Durch jede Spule 108 und 109 wird ein Schalter 110 und in überwacht, durch den ein Stromkreis durch den Anker 112 und die Feldwicklung 113 eines umsteuerbaren Motors K' geschlossen werden kann. Dieser Stromkreis schließt Zweigleitungen 114 und 115 ein, die an die Hauptleitungen L, I/ angeschlossen sind, durch welche der Werkstückvorschubmotor M unter Strom gesetzt wird.

Der Anker 112 dreht sich je nach der Richtung des durch seine Wicklungen fließenden Stromes entweder im Uhrzeigersinn oder in der entgegengesetzten Richtung. Die Stromrichtung hängt davon- ab, ob der Schalter 110 oder in geschlossen ist, und dies wieder davon, welches Kontaktstück, 104 oder 105, vom Hebel 78 entsprechend den Schwankungen des Stromes im Stromkreis 85 berührt wird. Die vorgenannten Stromschwankungen sind wiederum durch die Änderungen der strahlenden Energie bestimmt, welche von dem vorgewärmten Schweißstab D an der Stelle, auf welche die photoelektrische Zelle 84 gerichtet ist, ausgesandt wird.

Die Ankerwelle 116 ist mit einer Schnecke 117 versehen, welche in ein Schneckenrad 118 greift. Dieses Schneckenrad ist mittels einer Welle 119 mit einem Zahnrad 120 verbunden. Das Zahnrad 120 greift wiederum in Zahnräder 121 und 122, welche mittels Wellen 123 - und 124 zur Steuerung der Ventile 102 und 103 dienen.

Die Wärmequellen zur Erhitzung des Werkstückes und Vorwärmung des Schweißstabes können elektrisch oder mit Gas betrieben werden; es können aber auch gaselektrische Wärmequellen vorgesehen sein. An Stelle der beschriebenen photoelektrischen Zellen können ferner andere Regelvorrichtungen verwendet werden, welche auf Hitze ansprechen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Überwachung und Regelung von Arbeitsbedingungen mittels strahlungsempfindlicher Zellen beim Schweißen nach Patent 631 730, dadurch gekennzeichnet, daß eine strahlungsempfindliche, z. B. photoelektrische Zelle (84) auch auf den in bekannter Weise vorgewärmten Schweißstab (D) gerichtet wird, um die Gaszufuhr zum Schweißstabvorwärmbrenner (37) entsprechend den Änderungen in der Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und den zum Schmelzen der Schweißkanten dienenden Wärmequellen (B, B') zu regeln, welche die gemäß dem Hauptpatent auf erwärmte Stellen des Werkstückes, z.B. die Schweißstelle, gerichtete strahlungsempfindliche, z. B. photoelektrische Zelle (C) entsprechend den Temperaturänderungen an die- ser Stelle herbeiführt.
2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch von der gegen den vorgewärmten Schweißstab (D) gerichteten Zelle (84) gesteuerte Ventile oder Hähne (73> 74) iⁿ den zum Schweißstabvorwärmbrenner (37) führenden Gasleitungen (12, 13).
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben den von der Zelle (84) gesteuerten Ventilen oder Hähnen (73, 74 oder 102, 103) in die Gasleitungen (12, 13) von Hand regelbare Ventile oder Hähne (69, 70 oder 100,101) eingeschaltet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Zelle (84) gesteuerten Ventile oder Hähne (73, 74) in Leitungen (γι, 72) eingeschaltet sind, welche die von Hand einstellbaren Ventile oder Hähne (69, 70) umgehen.
5. 5. Mit einem axial durchbohrten Kopfe zur Hindurchführung des Schweißstabes versehener Schweißstabvorwärmbrenner zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Brennerkopfes (33) mit dem Brennerrohre (39) einen stumpfen Winkel bildet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen