SE503462C2 - Förfarande för automatisk reglering av höjden på en svetssträng - Google Patents

Description

50 3 462 vilken varierar från moment till moment under svetsnings- operationen.

Olika avkännare har tidigare använts för detta ändamål, och det innefattar avkännare av kontakttyp och avkännare av icke-kontakttyp, t ex lägesavkännare av elektromagnetisk eller optisk typ. Eftersom det vid användning av sådana avkännare är nödvändigt att avkännaren eller något speciellt organ är placerat som en separat del i närheten av svetslågan är det nödvändigt att hålla en viss distans mellan avkänningsläget och svetslågans läge beroende på dimensionsbegränsningen, och med hänsyn till uppfinningen finns det många begränsningar genom att man inte kan vara säker om att få en exakt avkänning, i att svetsobjekten har olika storlek osv.

Vidare medför svetsning av fogar oundvikligen variationer i formen på svetsspáret, t ex spårvidden och spárvinkeln, och därför måste sådana variationer avkännas vid automatisk reglering av svetsningsförhållandena. Det kan sägas att det hittills inte funnits någon effektiv avkänningsmetod för detta ändamål, och endast en metod har föreslagits, vid vilken spåret framför ljusbàgen uppfångats av en ITV för observering av spårvidden. Denna metod har emellertid inte satts i praktiskt bruk, eftersom den är ofördelaktig genom att det verkliga tvärsnittet på spåret inte framgår även om det är möjligt att observera vidden på spårytan, och genom att avkänningsnoggrannheten under alla omständigheter är begränsad beroende på avvikelsen mellan avkänningsläget och svetsbågläget, genom att det finns en begränsning vad avser storleken på det objekt som ska svetsas såsom tidigare nämnts osv.

Med hänsyn hårtill har uppfinnarna föreslagit en metod, vilken beskrivs i den japanska patentpublikationen nr 57- 3462, vid vilken den egentliga svetsbágen oscilleras inuti svetsspáret och används såsom en avkännare, och läget på svetselektroden bringas att exakt följa konturen inuti svetsspáret utan att man använder någon separat avkännare. 503 462 Denna metod är verksam genom att inte endast svetslàgan bringas att följa svetsspårlinjen utan även genom att man får den önskade informationen om spàrets tvärsnitt omedel- bart under svetsbágen genom den vågformade förskjutningen av svetslàgan.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Huvudändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en metod för automatisk reglering av höjden på svetssträngen, varvid man inte använder någon separat avkännare för avkänning av spàrets läge, spàrets tvärsnittsform etc utan använder egenskaperna hos själva svetsbágen, så att man använder svetsbágen såsom en avkännare, varigenom man åstadkommer att svetslàgan inte endast kommer att exakt följa svetsspårlinjen utan även att formen på spåret avkänns till en automatisk reglering av svetsförhållandena och för konstant bildande av en utsökt svetssträng med förutbestämd likformig höjd oberoende av alla tänkbara variationer i svetsspåret.

Uppfinningen består alltså primärt av en metod, vid vilken förflyttningen av svetslàgan erhålls genom den automatiska spårregleringesmetod som beskrivs i den tidigare nämnda japanska patentpublikationen nr 57-3462, vilken metod utnyttjas på sådant sätt att bredden på spåret i vilken svetsbágen appliceras avkänns och svetshastigheten automatiskt regleras så att man får en likformig svetssträng med förutbestämd höjd efter hela längden på svetsfogen. Vid bågsvetsningsmetoden enligt uppfinningen, där man använder en svetskälla med en konstant likströms- eller växelströms- karaktäristik eller en konstant likspännings- eller växelspänningskaraktäristik varieras med andra ord avståndet från spetsen på svetselektroden till ytan på basmetallen med hjälp av en mekanism för förskjutning av svetselektroden i axiell riktning (i det följande betecknad Y-axeln), så att man erhåller en förutbestämd konstant bågspänning eller svetsström och så att man därigenom alltid erhåller en 503 462 konstant båglängd, och där även samtidigt med denna regleringsoperation svetselektroden förskjuts i spårets breddriktning eller sidoriktning (i det följande betecknat X-axeln), varvid riktningen på X-axelrörelsen vänds vid sådant tillstànd att det nämnda avståndet antagit ett förutbestämt värde. Denna operation företas därefter upprepade gånger. Såsom det resultat av den upprepade operationen rör sig spetsen på svetselektroden fram och tillbaka i svetsspàrets breddriktning eller sidled, så att spåret avkänns noggrant och höjden från basmetallens yta till ändarna på den fram och átergàende oscilleringen alltid bibehålls lika. I detta fall representerar intervallet från en extremposition till en annan extremposition i oscille- ringsrörelsen en cykel, och under tiden för en cykel eller perioden för en sammansatt multipel av cyklar avkänns och lagras X-axelbredden vid oscilleringsrörelsen eller oscilleringsbredden eller dess genomsnittliga värde. I enlighet med den lagrade oscilleringsbredden eller dess genomsnittliga värde bestäms ett förutbestämd stränghöjds- värde samt trådens matningshastighet, den önskade svets- hastigheten för perioden i nästa cykel eller nästa serie av cykler i oscilleringsrörelsen och svetsningen genomförs.

Därefter genomförs denna reglerade funktion upprepade gånger och höjden på svetssträngen i svetsspåret hålls konstant.

Mer speciellt bestämmer man i enlighet med uppfin- ningen den önskade svetsstränghöjden h, spårvinklarna ® och X-axelavståndet AW mellan elektrodens främre ände och en ändvägg i spåret vid en fast punkt av pendelrörelsen, och man erhåller tvärsnittsarean som tvärsnittsarean A av nedlagd metall i enlighet med bredderna Ww och Wwo på pendlingsrörelsen i X-axelriktningen under en pågående eller föregående arbetscykel, den nämnda önskade svetsstränghöjden h, avståndet Ah mellan svetsstränghöjdens h yta och en stationär punkt för pendlingsrörelsen, spårvinklarna 9 och x-axelavståndet AW mellan elektrodens främre ände och en vägg i spåret vid en av de stationära punkterna i 503 462 pendlingsrörelsen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figur 1 är ett schematiskt diagram, som i form av ett exempel visar den principiella uppbyggnaden av en svetsapparat för att genomföra förfarandet enligt uppfinningen. Figur 2 är ett blockdiagram, som visar en grundläggande krets för konstant bàglängdsreglering med hjälp av Y- axelmotorn vid svetsningsapparaten i figur 1.

Figur 3 är ett blockdiagram som visar en regleringskrets för X-axelmotorn vid svetsapparaten i figur 1. Figur 4A och 4B år diagram som förklarar metoden vid en utföringsform av uppfinningen. Figurerna 5 och 6 är diagram som förklarar en annan spàrform för vilken uppfinningen är användbar. Figur 7 är ett exempel pá ett flödesschema, som visar regleringsoperationen vid förfarandet enligt denna utföringsform.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I figur 1 visas en svetsapparat för genomföring av uppfinningen, vilken är utformad så att en svetslöpare 3 är förskjutbar längs ett svetsspàr 2 i de basmetaller 1, som ska svetsas samman, och där en svetselektrod 5 bärs upp av svetslöparen 3 i vertikal led (Y-axeln), och där drivmekanismer 4 Y och 4 X för spárvidden-riktningen (X- axeln) förskjuts i spàrlinjens riktning under det att den förs fram och tillbaka eller oscilleras i spårets sidled eller breddriktning. Samtidigt avkänner en förskjut- ningsmätare 6 Y, bestående av en potentiometer eller liknande, förskjutningen i Y-axelriktningen hos elektroden 5, vilken regleras så att den håller báglängden konstant.

Likaså avkänner en förskjutningsmätare 6 X bestående av en potentiometer eller liknande förskjutningen i X-axel- inriktningen av elektroden 5 under dess oscillering i spårets tvärled. Elektroden 5 kan antingen utgöras av en förbrukningselektrod eller en icke förbrukad elektrod. En 503 462 svetskraftkälla 7 år ansluten mellan elektroden 5 och basmetallen 1 och består av en konstantströmskälla eller en konstantspänningskälla beroende på den använda svetsningstypen. Hänvisningssiffran 8 avser en bàg- spänningsavkännare, och siffran 9 betecknar en bågströms- avkännare. Dessa avkännare eller detektorer används bara i de fall att de ur regleringssynpunkt är nödvändiga.

Grunden för regleringsförfarandet enligt uppfinningen ligger i en konstant bàglängdsreglerande oscillerande svetsning, vilken genomförs genom att man bringar elektroden 5 att röra sig fram och tillbaka i spårets 2 tvärled (X- axeln) och samtidigt förskjuta elektroden 5 i höjdled (Y- axeln), så att den alltid håller bàglängden konstant.

Elektroden 5 ocilleras i X-axelriktningen med hjälp av drivmekanism 4 X, vilken drivs av den X-axelmotor 10 X, och elektrodens 5 rörelse i Y-axelrikt-ningen àstadkoms med hjälp av drivmekanism 4 Y, vilken drivs av en Y-axelmotor 10 Y. Även om vid den visade utföringsformen drivmekanism 4 X, vilken bär upp elektroden 5, så att den förskjuts i X- axelriktningen bärs upp pá drivmekanismen 4 Y, sà att den förskjuts i Y-axel-riktningen och drivmekanismen 4 Y bärs upp pá svetslöparen 3 så är uppfinningen inte på något sätt begränsad till just detta montagesystem.

En grundkrets för konstantreglering av bàglängden visas i figur 2 och kan bestå av en differentialförstärkare ll, vilken tillförs bågspännningen från bågspänningsavkännaren 8 om kraftkällan 7 är en konstantströmkälla och den tillförs bàgströmmen från bágströmsavkännaren 9 om kraftkällan 7 är en konstant-spänningskälla. Förstärkaren 11 skapar alltså en skillnad mellan ingången och det referensvärde som är inställt på ett inställningsorgan 12, och det finns en drivregulator 13, vilken driver Y- axelmotorn 10 Y med en hastighet motsvarande det utgående differensvärdet. Denna krets håller bàgspänningen (eller bàgströmmen) konstant och håller därigenom bàglängden konstant, och spetsen pá elektroden 7 förskjuts längs spårväggen under det att den 503 462 rörs i X-axelriktningen.

Denna elektrodrörelse i X-axelriktningen regleras av den i figur 3 visade drivregleringskretsen. Mer speciellt visar figur 3 hur X-axelmotorn 10 X är anordnad att påverkas genom en regulator 15 med en konstant hastighet, som är inställd pà inställningsorganet 14, och rotations-riktningen pá X-axelmotorn 10 X reverseras varje gång om regulatorn 15 erhåller en signal från en omkastningspuls-generator 16.

Elektrodens 5 Y-axelförskjutning ey avkänns med hjälp av förskjutningsmätaren 6 Y och jämförs med ett inställt n- lägesvärde no, som är inställt och lagrat i ett minne 17.

Jämförelsen sker medelst en komparator 18, så att vid varje tillfälle som likheten noteras mellan ey och eo sá pàläggs en omkastningsstyrsignal pá regulatorn 15 fràn omkastningspulsgeneratorn 16 i motsvarighet till en signal, som alstras av komparatorn 18.

Figur 4 A visar det sätt på vilket elektroden 5 förskjuts i apparaten i figur 1, vilken innefattar regleringssystemen i figurerna 2 och 3, och figur 4 visar som ett exempel ett positionsförhàllande mellan den resulterande nedlagda metallen och elektrodens spets. I dessa figurer betecknar siffran 5 a banan för elektrodens spets, 1 a ytan pä basmetallen, 2 a spárbotten och 30 den nedlagda metallen.

I figur 4 A placeras elektroden först vid den ena änden, t ex änden (a) i spåret. Y-axelförskjutningen i detta läge lagras som eo. När en båge skapas och elektroden 5 startas för förskjutning i X-axelriktningen så förskjuts elektroden i enlighet med den tidigare nämnda konstanta bäglängdsregleringen längs väggarna pä spåret genom punkterna a, b och c såsom anges i figurerna, och man får en bana 5 a för elektrodspetsen. När bàgspetsen när den andra änden antar föskjutningsmätaren 6 Y åter läget eo, och därvid reverseras X-axelns förskjutningsriktning genom påverkan av regleringskretsen i figur 3. Denna operation genomförs upprepade gånger. sas 462 8 I detta fall antas tiden frán det ena extremläget a-c till det andra extremläget c-a i den oscillerande rörelsen representera en oscilleringscykel. Även om spårformen ändras pá något sätt eller till och med om centrum på spåret avviker från svetslöparens framföringsriktning så kommer spetsen på elektroden i enlighet med denna regleringsmetod alltid att upprepa sin fram- och återgående eller oscillerande rörelse i spårets tvärled under bibehållande av ett förutbestämt avstånd från basmetallens yta eller spårbotten.

Under varje oscilleringscykel relateras oscillerings- bredden Ww, vilken kan avkännas med hjälp av X-axel- förskjutningsmätaren, till en spàrbredd B vid oscille- ringsreverseringsläge (punkten eo) såsom visas med följande ekvation: B = Ww + 2 AW (1) I ekvationen (1) är AW avståndet mellan elektrod- spetsen och spàrväggen vid oscilleringens ändlägen, och detta är i grunden en konstant, vilken bestäms av den báglängd som för tillfället ska användas. Dess värde ändras alltså inte med ändring av spárvidden om de närvarande värdena på svetsströmmen och svetsspänningen hålls konstanta, och detta har bekräftats genom försök.

Om å andra sidan Vf represenerar trådmatnings- hastigheten, V svetshastigheten och A tvärsnittsarean på den resulterande nedlagda metallen 30 erhåller man följande förhållande: vf = A-v (2) Om Ah (Ah = eø - h) representerar avståndet mellan strängytan och oscilleringsreverseringsläge, h stränghöjden och 6 spårvinkeln så får man följande förhållande 503 462 A = {(ww + 2 Aw) - zAh-cgø - h-cg@} h (3) Ekvationen (3) visar att om djupet på spåret (eller plàtens tjocklek) och spårvinkeln 9 är konstanta, så kan den önskade tvärsnittsarean (A) på en nedlagd metallsträng, ocilleringsbredden Ww.

Genom att alltså preliminärt sätta in en spàrvinkel 9, en önskad stränghöjd h, en trádmatningshastighet Vf bestämd av svetsströmmen och konstanten AW i en beräkningsenhet, t ex en mikrodator innan svetsningen påbörjas så kan den korrekta svetshastigheten V erhållas i enlighet med den oscilleringsbredd Ww, som observerats under varje oscilleringscykel.

I det följande ska en förenklad form av beräkningen för den korrekta svetshastigheten beskrivas. Allmänt och inte begränsat till sådana spår som visas i figurerna 4 A och 4 B förutbestäms svetsförhållandena innefattande svetsningshastigheten, svetsströmmen, trádmatnings- hastigheten osv såsom initialvården i enlighet med formen på ett spår, och därefter ändras svetsningsförhàllandena i enlighet med variationer på spárbredden. Om initialvärdena respektive trádmatningshastigheten och svetsningshastig- heten enligt detta förfarande representeras Vfo och Vo, och om svetsningen startas under dessa förhållanden så erhålls tvärsnittsarean Ao på den därvid nedlagda metallen efter en oscilleringscykel enligt följande: Min (4) A0 = Vo Oscilleringsbredden representeras även i detta fall av Wwo. Om man nu antar att spårvidden varieras under nästa oscilleringscykel, så att spårvidden exempelvis ökar och 503 462 1° ändras till Ww så måste i detta fall nedläggnings- tvärsnittsarean ökas för att tillförsäkra den förutbestämda stränghöjden h, nämligen med måttet A - Ao. I ekvationen (3) år med andra ord alla parametrarna (Ww) konstanta, och därför gäller följande: AA = A - Ao = (Ww - Wwo)h (5) Vidare får man därigenom den nödvändiga svetsnings- hastigheten V för att tillförsäkra den förut bestämda stränghöjden h av följande ekvation ur ekvationerna (4) och (5).

XÃQ ___MfQ___i A V= mio-AA (s) = Vfo .

Ita + (vw - wwo)h V0 När ekvationen (6) används för förutbestämning av en önskad stränghöjd h för ett spår med varierande spårvidd är det möjligt att med dator framställa den korrekta svetsningshastigheten V för nästa oscilleringscykel enligt den ursprungliga svetshastigheten Vo och tràdmatnings- hastigheten Vfo, vilka förutbestämts före svetsningen, och ändringen i det observerade värdet på oscilleringsbredden under varje cykel eller värdet på Ww - Wwo.

Eftersom denna metod är tillämpbar oberoende av det förinställda värdet på spårvinkeln om endast spårvinkeln är konstant eller den inte ändrar sig väsentligt så är metoden inte begränsad till den spårform som visas i figurerna 4 A och 4 B, och metoden är även användbar exempelvis för sådana osymmetriska spår som visas i figur 5. Även om svetsningen genomförs såsom visas i figur 6 kan metoden fortfarande användas genom att preliminärt fastställa X-axelläget och ytterlighetsläget på en av oscilleringsrörelserna.

Figur 7 visar ett exempel på ett flödesschema på ll 503 462 regleringsoperationerna i det fall att regleringen av svetsningshastigheten genomförs med en mikrodator enligt ekvation (6). I steg 1 införs och lagras en önskad stränghöjd h, ett initialvärde Vo pà svetsningshastigheten och ett förinställningsvärde Vfo på trådmatnings- hastigheten. I steg två datorbearbetas värdet pá Ao = Vfo/Vo, i steg tre startas svetsningsoperationen. I detta fall genomförs den nödvändiga oscilleringsregleringen enligt de mekanismer och de regleringskretsar som visas i figurerna l till och med 3. Efter det att en oscilleringscykel genomförts vid ett steg fyra observeras den resulterande oscilleringsvidden Wwo i steg 5. Efter det att nästa oscillering startat pà samma sätt och därefter slutförts i steg 6 observeras den resulterande oscilleringsvidden Ww i steg sju. Observera att svetsningshastigheten intill detta ögonblick är Vo. Därefter beräknas värdet pà (Ww - Wwo)h i steg 8, och sedan beräknas den korrekta svetsningshastigheten V enligt ekvation (6) såsom anges i steg nio. I steg tio anges den korrekta svetsningshastigheten V fösta gången, och nästa oscilleringscykel startar. Därefter upprepas operationerna från stegen sju till och med tio och svetsningen är fulländad i steg ll.

Claims (3)

503 462 12 P.A T E N T K R A.V'

1. Bàgsvetsningsmetod för svetsning genom en fram- och átergàende och pendlande rörelse av en svetselektrod (5) i tvärleden i ett svetsspár (2) till ett par metallstycken (1) som ska svetsas samman, varvid man genomför en regleringsoperation med variering av höjdavstándet mellan svetselektrodens (5) spets och basmetallens (1) yta medelst organ (4 Y) för förskjutning av svetselektroden (5) i höjdled (axiell led = Y-axeln), så att man upprätthåller en förutbestämd svetsström eller bàgspänning och varvid man alltid håller båglängden konstant, och varvid man samtidigt härmed rör svetselektroden (5) i tvärled (X-axeln) i svetsspåret (2) och kastar om rörelseriktningen för X- axelrörelsen när svetselektroden förskjutits till ett förutbestämt ställe av lyftning längs Y-axeln, varefter man upprepar operationerna så att bågen vid svetselektrodens (5) spets bringas att exakt följa spåret (2) när den förskjuts framåt och tillbaka över svetsspàrets bredd och en höjd från ytan pà metalldelarna eller botten på spåret (2), så att ytterlighetslägena pá den fram- och àtergående sidorörelsen alltid hålls konstant, och varvid man betecknar en tidsperiod från det ena extremläget till det andra extremläget vid en pendlingsrörelse som en arbetscykel, och man bestämmer tràdmatningshastigheten (Vfo) och den ursprungliga svetshastigheten (Vo), man observerar bredden (Ww) i X-axelriktningen pà den fram- och átergàende pendlingsrörelsen under arbetscykelns period, man bestämmer en svetsningshastighet (V) i enlighet med spårbredden (Ww) bestämd efter en tvärsnittsarea vilken beror av svetsningen och i enlighet med trådmatningshastigheten (Vf), och man åstadkommer trádmatningshastigheten under nästa pendlande arbetscykelrörelse, och man upprepar därefter den beskrivna regleringen, kännetecknat av att a) att man bestämmer den önskade svetsstränghöjden (h), spárvinklarna (9) och X-axelavstàndet (AW) mellan 13 503 462 elektrodens (5) främre ände och en ändvägg i spåret (2) vid en fast punkt av pendelrörelsen, b) och av att man erhåller tvärsnittsarean som tvärsnittsarean (A) av nedlagd metall (30) i enlighet med bredderna (Ww och Wwo) på pendlingsrörelsen i X- axelriktningen under en pågående eller föregående arbetscykel, den nämnda önskade svetsstränghöjden (h), avståndet (Ah) mellan svetsstränghöjdens (h) yta och en stationär punkt för pendlingsrörelsen, spárvinklarna (®) och X-axelavstàndet (AW) mellan elektrodens (5) främre ände och en vägg i spåret (2) vid en av de stationära punkterna i pendlingsrörelsen.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den ena spårvinkeln (®) och den andra spårvinkeln (9) i spåret (2) är lika stora, och att spárvinklarna (9) är konstanta med avseende pà svetslinjeriktningen.

3. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att de båda spárvinklarna (®) är olika stora, och av att vardera spårvinkeln (9) är konstant med avseende på svetslinjeriktningen.'