DE1515284C

DE1515284C - Device for photoelectric arc length control on welding machines with non-consumable electrodes

Info

Publication number: DE1515284C
Authority: DE
Inventors: Albert M Palos Park Vikas Eugene P Chicago 111 Sciaky (V St A )
Original assignee: Welding Research Inc
Current assignee: Welding Research Inc
Publication date: 1971-04-08

Description

. 2. 2

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur fotoelektrischen Lichtbogen-Längenregelung an Schwei/3maschinen mit nichtabschmelzender Elektrode. The invention relates to devices for photoelectric arc length control Welding machines with non-consumable electrodes.

Bei Schweißungen ist es wünschenswert, die Entfernung zwischen Schweißelektrode und zu schweißendem Werkstück möglichst unverändert zu halten, um zuverlässige Schweißarbeiten durchführen zu können. Da sich das Werkstück beispielsweise beim Schweißen einer Naht der Lage nach verändert, besteht das Bedürfnis, beim Schweißen der Naht die Verhältnisse im wesentlichen unverändert aufrechtzuerhalten, die bei Beginn der Schweißung herrschen. Um das zu erreichen, ist bei abschmelzbaren Elektroden bereits der Vorschlag gemacht worden, die Differenz zwischen Lichtbogenspannung und einer Gegenspannung als Maß" für die Erregerspannung des Verstellmotors zu benutzen. Weiter hat man den Verstellmotor von Hand in Bewegung gesetzt, um bis zur Einstellung konstanter Lichtbogenbrennverhältnisse die Länge des gezogenen Lichtbogens unter Verwendung von Vorschaltwiderständen einzustellen. Anschließend wurde eine selbsttätige Regelung unter Benutzung von Selenzellen durchgeführt. Vereinigt man eine Spannungssteuerung mit der an sich bekannten Lichtsteuerung und wendet man ein derartiges Steuerungsverfahren bei nichtabschmelzenden Elektroden an, so zeigt es sich, daß infolge des Auftretens frequenzbestimmter Strahlungsanteile im Lichtbogen und infolge verschiedener Intensitäten letzterer bei integrierter Erfassung der Gesamtstrahlung Genauigkeit und Empfindlichkeit der Regelung trotz ihres über die gesamte Lichtbogenbrenndauer erstreckten selbsttätigen Ablaufes noch zu wünschen übrig lassen.When welding, it is desirable to keep the distance between the welding electrode and the part to be welded To keep the workpiece as unchanged as possible in order to carry out reliable welding work be able. Since the position of the workpiece changes, for example when welding a seam, there is the need to maintain the conditions essentially unchanged when welding the seam, that prevail at the start of the weld. To achieve this, fusible electrodes are used The suggestion has already been made to determine the difference between arc voltage and a To use the counter voltage as a measure of the excitation voltage of the adjusting motor Adjustment motor set in motion by hand to set constant arc burning conditions adjust the length of the drawn arc using series resistors. An automatic regulation was then carried out using selenium cells. United a voltage control with the per se known light control and one uses such a thing Control method of non-consumable electrodes, it is found that due to the occurrence Frequency-determined radiation components in the arc and as a result of different intensities the latter with integrated detection of the total radiation accuracy and sensitivity of the regulation despite their automatic sequence extending over the entire duration of the arc, still to be desired leave behind.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, die Regelung unter Behebung des dargelegten Nachteiles zu vervollkommnen. Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich, ausgehend von Vorrichtungen zur fotoelektrischen Lichtbogen-Längenregelung, erfindungsgemäß dadurch, daß außer einer ersten Einrichtung zur Erzeugung einer von der Lichtbogenspannung abgeleiteten Regelspannung für die Grobeinstellung des Elektrodenabstandes eine nach einer bestimmten Zeitspanne wirksam werdende zweite Einrichtung «zur Erzeugung einer von der Intensität frequenzbestimmter Strahlungsanteile des Lichtbogens abhängigen Regelspannung für die Feineinstellung vorgesehen ist. Durch diese differenzierte Auswertung der Plasmastrahlung wird die erstrebte Vervollkommnung der Regelungsvorgänge erreicht.It is the object of the present invention to regulate the system while eliminating the disadvantage set out above perfect. The solution to this problem is characterized by starting with devices for photoelectric Arc length control, according to the invention in that, in addition to a first device for generating a control voltage derived from the arc voltage for the coarse adjustment of the electrode spacing, a second device which becomes effective after a certain period of time «To generate a radiation component of the arc that is frequency-determined by the intensity Control voltage is provided for fine adjustment. Through this differentiated evaluation the desired perfection of the regulating processes is achieved with the plasma radiation.

In Durchführung der Erfindung kann demgemäß die zweite Einrichtung auf eine Infrarotstrahlung des Lichtbogens ansprechende Mittel aufweisen. In entsprechender Weise können Mittel vorgesehen sein, die auf eine Ultraviolettstrahlung des Lichtbogens in Abhängigkeit von deren Intensität reagieren. Es liegt auf der Hand, daß beide Möglichkeiten gemeinsam zu verwirklichen sind.In carrying out the invention, the second device can accordingly respond to infrared radiation of the Have arc responsive means. In a corresponding manner, means can be provided which react to ultraviolet radiation of the arc depending on its intensity. It lies It is obvious that both possibilities can be realized together.

Da eine von einem Lichtbogen ausgehende Strahlung infolge der hohen, auftretenden Temperaturen in Bogennähe nicht nach Strahlungsanteilen erfaßbar ist, werden zweckmäßig zu einem Bündel vereinigte Glas- bzw. Quarzfasern benutzt, um das eine Ende des Faserbiindels in der Nähe einer Fotozelle anordnen zu können, während das andere Ende in konstanter Entfernung vom Werkstück und in einem konstanten Ziel- oder Richtwinkel zum Lichtbogen gehalten ist. Eine entsprechende Sonde ist für die Erfassung der UV-Strahlung vorgesehen. Ihr ist eine Strahlenführungsvorrichtung zugeordnet, welche die Strahlung auf die Sonde hin lenkt. Weiter ist es mit Hilfe entsprechend ausgebildeter Halterungen möglich, beide Teile in einem bestimmten konstanten Abstand vom Werkstück und unter einem bestimmten konstanten Richtwinkel zum Lichtbogen zu halten.As radiation emanating from an electric arc as a result of the high temperatures that occur in the vicinity of the arch cannot be determined according to the radiation components, are expediently combined to form a bundle Glass or quartz fibers are used to arrange one end of the fiber bundle near a photocell to be able to, while the other end at a constant distance from the workpiece and in one constant target or directional angle to the arc is kept. A corresponding probe is for the Detection of UV radiation provided. It is assigned a beam guiding device which the Directs radiation towards the probe. It is also possible with the help of appropriately designed brackets both parts at a certain constant distance from the workpiece and below a certain to keep a constant straightening angle to the arc.

ίο Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.ίο The drawing gives an embodiment of the Invention again.

F i g. 1 zeigt das Stromlaufschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schweißmaschine, während F i g. 1 shows the circuit diagram of a welding machine designed according to the invention, while

Fig. 2 den von einer nichtabschmelzenden Wolframelektrode erzeugten Lichtbogen und eine Sonde zur Erfassung der ultravioletten Strahlung wiedergibt; 2 shows that of a non-consumable tungsten electrode reproduces generated arc and a probe for detecting the ultraviolet radiation;

Fig. 3 stellt das Glasfaserbündel, das bekanntlich flexibel und damit einstellbar ist, zur Sondierung der infraroten Strahlung dar;Fig. 3 shows the fiber optic bundle, which is known to be flexible and thus adjustable, for probing the infrared radiation;

Fig. 4 entspricht einem Querschnitt nach Linie 4-4 der F i g. 3.FIG. 4 corresponds to a cross section along line 4-4 of FIG. 3.

Die Zeichnung zeigt eine Schweißvorrichtung mit Schweißkopf, der einen Elektrodenhalter mit nichtabschmelzender Elektrode, beispielsweise aus Wolfram, trägt. Die Elektrode wird im Schweißkopf durch einen Motor eingestellt, der unter dem Einfluß einer Steuerung steht. Zwischen Elektrodenhalter und Werkstück tritt die Schweißspannung auf. Lichtbogen und Schweißstelle sind von einem inerten Gas umhüllt. Der zwischen Elektrode und Werkstück gezogene Lichtbogen wird mit Hilfe eines Hochfrequenzgenerators der Schweißanordnung gezündet.The drawing shows a welding device with a welding head, which has an electrode holder with a non-consumable Electrode, for example made of tungsten, carries. The electrode goes through in the welding head set a motor which is under the influence of a controller. Between the electrode holder and Workpiece occurs the welding stress. The arc and weld are made of an inert gas enveloped. The arc drawn between the electrode and the workpiece is generated with the aid of a high-frequency generator the welding arrangement ignited.

Nach Zündung des Lichtbogens wird die zwischen Elektrode und Werkstück auftretende Lichtbogenspannung mit einer Bezugsspannung verglichen, um die Stellung der Elektrode so zu steuern, daß die Lichtbogenspannung konstant bleibt. Nach einer Verzögerungszeitspanne werden Strahlungssonden in Tätigkeit gesetzt. Dabei sind fotoelektrische Dioden zur Erfassung der sichtbaren, der infraroten und der ultravioletten Strahlungsanteile vorgesehen. Die so gewonnenen Spannungen werden zum Zwecke der Gewinnung von Steuerspannungen verstärkt. Wird der Lichtbogen länger, so vergrößert sich die von ihm abgegebene Strahlungsintensität, so daß sich die Steuerspannung erhöht; wird der Bogen kürzer, so liefert er eine kleinere Lichtbogenspannung, so daß die Steuerspannung abfällt. Diese Steuerspannung wird mit einer zweiten Bezugsspannung unter Erzeugung der Regelspannung verglichen, wobei Integrations- und Proportionalitätsverstärker zur Anwendung kommen können. Die zweite Regelspannung löst nach einer vorbestimmten Verzögerungszeitspanne die erste, als Lichtbogenspannung auftretende Regelspannung ab, so daß die Lage der verstellbaren Elektrode in Abhängigkeit von dieser zweiten Regelspannung so verändert .wird, daß am Lichtbogen im wesentlichen gleichbleibende Verhältnisse auftreten.After the arc is ignited, the arc voltage that occurs between the electrode and the workpiece is set compared with a reference voltage to control the position of the electrode so that the Arc voltage remains constant. After a delay period, radiation probes in Activity set. There are photoelectric diodes for the detection of the visible, the infrared and the ultraviolet radiation components provided. The tensions thus obtained are used for the purpose of Increased generation of control voltages. If the arc becomes longer, the of increases radiation intensity given to it, so that the control voltage increases; the bow gets shorter, so it delivers a lower arc voltage so that the control voltage drops. This control voltage is compared with a second reference voltage while generating the control voltage, whereby integration and proportional amplifiers can be used. The second control voltage triggers the first, occurring as an arc voltage, after a predetermined delay period Control voltage from, so that the position of the adjustable electrode as a function of this The second control voltage is changed in such a way that the conditions at the arc are essentially constant appear.

Da das von dem Lichtbogenplasma ausgestrahlte ultraviolette Licht als unmittelbare Anzeige der Wirksamkeit des Lichtbogens benutzbar ist, kann es vorteilhaft sein, diesen Lichtbogenanteil gleichfalls zu sondieren, jedoch sind sichtbare und leuchtende sowie infrarote Strahlungen einfacher und genauer zu erfassen als die ultravioletten Strahlen, so daßBecause the ultraviolet light emitted by the arc plasma is an immediate indication of effectiveness of the arc can be used, it can be advantageous to also increase this arc proportion probe, however, visible and luminous as well as infrared radiation are simpler and more accurate to detect than the ultraviolet rays so that

man bei einfacheren Anwendungsfällen mit der Son- des Relais 40 mit einer Leitung 33 verbunden, diein simpler applications with the probe relay 40 connected to a line 33, the

dierung und Erfassung der Infrarotstrahlung aus- an den Integrationsverstärker 35 und an den Propor-dation and detection of the infrared radiation from the integration amplifier 35 and to the proportional

kommt. tionalitätsverstärker 36 angeschlossen ist. Der Kon-comes. functionality amplifier 36 is connected. The con-

F i g. 1 stellt eine nach den Patentansprüchen 2 densator 30 ist über Leitung 45, Schalter 26 und bis 5 ausgebildete Vorrichtung schematisch dar. Es 5 Kontakt 42 des Relais 40 mit der Leitung 46 verist 5 ein Elektrodenhalter, der die nichtabschmel- bunden. Das Potentiometer 47 liegt zwischen den zende Wolframelektrode 8 verstellt. Zu diesem Leitungen 33 und 46; sein Läufer 48 führt zu dem Zwecke ist ein Motor 10 vorgesehen, der über ein Integrationsverstärker 35. Der Läufer 48 ist verGetriebe im Schweißkopf der Maschine auf die Ge- stellbar, um die Schaltung an die besonderen Verwindesphdel 11 arbeitet. Auf der Gewindespindel 11 io hältnisse des Integrationsverstärkers 35 anpassen zu führt sich ein Querbalken 12, der seinerseits die Stel- können. Die Leitung 46 ist über Widerstand 49 an lung des Elektrodenhalters 5 bestimmt. Die Elek- den Proportionalitätsverstärker 36 angeschlossen und trode selbst ist mit 8 bezeichnet. Der zwischen ihr gibt die Regelspannung an diesen ab, wobei die und dem Werkstück 6 auftretende Schweißstrom Empfindlichkeit der Regelung durch Bedienung des wird von der konstanten Schweißstromquelle 20 ge- 15 Widerstandes 49 veränderlich einstellbar ist. Wird liefert. Ein Hochfrequenzgenerator 15 ist an die Schalter 24 eingelegt, so entzündet sich der Licht-Stromquelle 20 angeschlossen, um die zur Zündung bogen, die Lichtbogenspannung wird den Klemmen des Lichtbogens erforderlichen Hochfrequenzschwin- des. Kondensators 30 zugeführt, während der Kongungen zu erzeugen. Stromquelle 20 und Hochfre- densator an der Bezugsspannung liegt, so daß die quenzgenerator 19 sind über die Leitung 21 mit der 20 Differenz beider Spannungen die Regelspannung Schweißelektrode 8 und über die Leitung 22 mit ergibt, unter deren Einfluß die Schweißelektrode geeinem mit dem Werkstück 6 in Berührung stehenden steuert wird.F i g. 1 represents a capacitor according to claims 2 is via line 45, switch 26 and 30 to 5 formed device schematically. It 5 contact 42 of the relay 40 with the line 46 verist 5 an electrode holder that binds the non-ablated. The potentiometer 47 is between the Zende tungsten electrode 8 adjusted. To this lines 33 and 46; his runner 48 leads to that For this purpose, a motor 10 is provided, which via an integration amplifier 35. The rotor 48 is geared in the welding head of the machine on the racks to switch the circuit to the special twisting spindle 11 works. On the threaded spindle 11 io ratios of the integration amplifier 35 adjust to There is a crossbar 12, which in turn can control the position. Line 46 is on via resistor 49 development of the electrode holder 5 is determined. The elements connected to the proportional amplifier 36 and trode itself is labeled 8. The one between her gives off the control voltage to this, whereby the and the workpiece 6 occurring welding current sensitivity of the control by operating the 15 resistor 49 is variably adjustable by the constant welding current source 20. Will supplies. A high-frequency generator 15 is placed on the switch 24 so that the light-current source ignites 20 connected to the arc for ignition, the arc voltage is applied to the terminals of the arc required high-frequency speed. Capacitor 30 supplied during the congestion to create. Current source 20 and high capacitor is at the reference voltage, so that the The frequency generator 19 is the control voltage via the line 21 with the 20 difference between the two voltages Welding electrode 8 and via line 22 with results, under the influence of which the welding electrode is common with the workpiece 6 in contact is controlled.

Kontakt 23 verbunden. ■ Der Lichtbogen kann auch ohne den Hochfre-. Der Elektrodenhalter 5 weist eine bekannte, dahei quenzgenerator gezündet werden. In diesem Falle im einzelnen nicht veranschaulichte Anordnung auf, 25 wird mittels Schließens des .Schalters 25 eine Spanum die Wolfram-Elektrode 8 und den · gebildeten nung erzeugt, die an den Klemmen des Kondensators Lichtbogen mit einem inerten Gas zu umhüllen, wo- 30 anliegt. Der Kondensator 31 wird über den Konbei vorzugsweise Helium oder Argon in Betracht takt 51 des Relais 50 und den Widerstand 34 kurzkommen. Die Schweißung selbst wird durch Betäti- geschlossen, so daß an den Klemmen dieses Kongung des Schalters 25 eingeleitet, wobei der Schalter 30 densators keine Spannung auftritt. Dadurch ist die 25 mit weiteren Schaltern 26 und 27 zusammen- den Integrations- und Proportionalitätsverstärkern gefaßt sein kann, beispielsweise durch mechanische zugeführte Spannung praktisch dieselbe, die an den Verbindung oder über Relais. Bei Betätigung des Klemmen des Kondensators liegt. Diese Spannung Schalters 25 schließen sich demgemäß weitere Schal- führt zu einer Verstellung der Elektrode 8, bis sie ter — beispielsweise Schalter 27, der die Schweiß- 35 am Werkstück 6 anliegt. Dadurch wird der Kondenstromquelle 20 anschließt —, so daß eine Spannung sator 30 kurzgeschlossen, so daß die Spannung an in der Größenordnung von 80 V zwischen der Elek- seinen Klemmen zusammenbricht, womit die Elektrode und dem Werkstück auftritt. Derselbe Schalter trodenverstellung beendet wird,
dient zur Einschaltung des Hochfrequenzgenerators Der dem Elektrodenhalter zugeführte Strom wird 19, der eine hochfrequente Schwingung erzeugt, unter 40 von der Stromüberwachungsspule 18 geprüft. Daderen Einfluß der Lichtbogen gezündet wird. Der durch wird das Stromüberwachungsrelais 50 erregt. Schweißstrom durchläuft eine Stromprüfspule 18, die Ein dadurch betätigter Teil 51 führt zur öffnung des mit dem Relais 50 zusammenarbeitet. Das Relais 50 Kurzschlusses an den Klemmen des Kondensators dient zur Bedienung des Schalters 51, so daß die 31. Mittels der Einrichtungen 51 und 55 wird eine kurzgeschlossenen Kontakte des Kondensators 31 45 Bezugsspannung an den Kondensator 31 gelegt,
geöffnet werden. Über die geschlossenen Schalter 51 Die bei 55 auftretende Spannung stammt aus der und 55 wird eine Bezugsspannung an den Konden- Quelle 56, die über den Eichwiderstand 57 an das sator 31 angelegt. Der Kontakt 53 wird geöffnet, um Potentiometer 58 angeschlossen ist. Ein Teil dieser den Hochfrequenzgenerator 19 abzuschalten, so daß Spannung wird von dem Läufer des Potentiometers die Erzeugung der Zündspannung am Lichtbogen 50 58 abgegriffen und über Widerstand 59 dem Teil 55 aufhört. Die zwischen Schweißelektrode und Werk- zugeleitet. Diese Spannung liegt am Kondensator 31, stück liegende Spannung dient zur Aufladung des wenn der Kontakt 51 durch Ansprechen des Relais Kondensators 30, der an den Klemmen der Schweiß- 50 mit Kontakt 55 geschlossen wird. Wenn die stromquelle anliegt. Kondensator 30 liefert daher in Spannung an den Klemmen des Kondensators 30 Verbindung mit Kondensator 31 eine Regelspan- 55 Null ist," wird die Spannung an den Klemmen des nung, die den Motor 10 über die Einrichtung 9 be- Kondensators 31 den Verstärkern 35, 36 zugeführt, tätigt, so daß auf diese Weise die Lage der Elek- Das führt über den Motor zu einer Vergrößerung trode 8 eingesteuert wird. Zu diesem Zwecke sind des Elektrodenabstandes, so daß der Lichtbogen die Integrations- und Proportionalitätsverstärker 35, gezündet und gezogen wird. ■ 36 und ein Steuerungssystem im Motor 37 vor- 60 Beim Ansprechen des Stromüberwachungsrelais gesehen. . 50 schließt sein Kontakt 52 und legt die Gleichspan-Contact 23 connected. ■ The arc can also occur without the high frequency. The electrode holder 5 has a known, dahei frequency generator to be ignited. In this case, the arrangement on 25, which is not illustrated in detail, is used to close the switch 25 to produce a chip around the tungsten electrode 8 and the voltage formed to enclose the arc at the terminals of the capacitor with an inert gas, which is applied . The capacitor 31 is preferably helium or argon via the Konbei clock 51 of the relay 50 and the resistor 34 come short. The weld itself is closed by actuation, so that the switch 25 is initiated at the terminals of the switch 25, with no voltage occurring on the switch 30 capacitor. As a result, the 25 integrating and proportional amplifiers can be combined with further switches 26 and 27, for example by means of a mechanically supplied voltage, practically the same as that at the connection or via relays. When actuating the clamping of the capacitor lies. This voltage switch 25 accordingly closes further switches leads to an adjustment of the electrode 8 until it is ter - for example switch 27, to which the weld 35 is applied to the workpiece 6. As a result, the condensate current source 20 is connected - so that a voltage sator 30 short-circuited, so that the voltage on in the order of magnitude of 80 V between the electrode collapses its terminals, whereby the electrode and the workpiece occurs. The same switch electrode adjustment is terminated,
is used to switch on the high-frequency generator. The current supplied to the electrode holder is 19, which generates a high-frequency oscillation, checked by the current monitoring coil 18 at 40. Because the influence of the arc is ignited. The is energized by the current monitoring relay 50. Welding current runs through a current test coil 18, which, actuated by this, leads to the opening of which cooperates with relay 50. The relay 50 short circuit at the terminals of the capacitor is used to operate the switch 51, so that the 31. By means of the devices 51 and 55 a short-circuited contact of the capacitor 31 45 reference voltage is applied to the capacitor 31,
be opened. The voltage occurring at 55 comes from the closed switch 51 and 55 is a reference voltage to the capacitor source 56, which is applied to the generator 31 via the calibration resistor 57. The contact 53 is opened to potentiometer 58 is connected. A part of this switch off the high-frequency generator 19, so that the voltage is tapped by the rotor of the potentiometer, the generation of the ignition voltage at the arc 50 58 and via resistor 59 the part 55 stops. The one fed between the welding electrode and the factory. This voltage is applied to the capacitor 31, the partial voltage is used to charge the contact 51 through the response of the relay capacitor 30, which is closed at the terminals of the welding 50 with contact 55. When the power source is present. Capacitor 30 therefore supplies a voltage at the terminals of capacitor 30, in connection with capacitor 31, a control voltage 55 is zero, "the voltage at the terminals of the voltage that feeds motor 10 via device 9 is capacitor 31 to amplifiers 35, 36 supplied, operates, so that in this way the position of the electrode is controlled via the motor to an enlargement trode 8. For this purpose, the electrode spacing, so that the arc, the integration and proportionality amplifier 35, is ignited and drawn. ■ 36 and a control system in the motor 37 seen when the current monitoring relay responds ... 50 its contact 52 closes and applies the DC voltage

Die von den Kondensatoren 30 und 31 erzeugte nungsquelle an eine Diode 60, die einen Verzöge-Regelspannung führt durch Vergleich der Potential- rungskreis aus Widerstand 61 und Kondensator 62 differenz zwischen Elektrode 8 und Werkstück 6, enthält, und zwar unter Einschaltung des Kontaktes abgreifbar an den Klemmen des Kondensators 30, 65 43, des Widerstandes 54 und des Schalters 25. Der mit einer Bezugsspannung, die dem Kondensator 31 Kontakt 43 dient zum Stillsetzen der gesamten Anzugeführt wird, zur Steuerung der Anordnung. Der Ordnung. Er kann von einem Relais oder von einem Kondensator 31 ist über Leitung 32 und Kontakt 41 anderen geeigneten Steuermittel aus betätigt sein.The voltage source generated by the capacitors 30 and 31 to a diode 60, which has a delay control voltage leads by comparison of the potential circuit from resistor 61 and capacitor 62 difference between electrode 8 and workpiece 6 contains, namely with switching on the contact tapped at the terminals of the capacitor 30, 65 43, the resistor 54 and the switch 25. The with a reference voltage that the capacitor 31 contact 43 is used to shut down the entire supply is used to control the arrangement. Of order. It can be from a relay or from one Capacitor 31 can be actuated from other suitable control means via line 32 and contact 41.

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Das Relais 40 ist an den Verzögerungskreis ange- tions- und Proportionalitätsverstärkern 35, 40, soThe relay 40 is connected to the delay circuit and proportionality amplifiers 35, 40, see above

schlossen und wird nach Ablauf einer bestimmten daß der Steuerkreis des Motors angesprochen wird.closed and is after a certain period that the control circuit of the motor is addressed.

Verzögerungszeit erregt. Bei Erregung des Relais 40 Der Motor 10 setzt sich in Gang, und es wird dieDelay time excited. When the relay 40 is energized, the motor 10 starts up and it becomes the

werden dessen Kontakte 41 und 42 in eine obere Schweißelektrode über die Einrichtung 9 in die ge-Stcllung gelegt, in der die Kondensatoren 30 und 31 5 wünschte Stellung übergeführt. Das beendet die Span-its contacts 41 and 42 are in an upper welding electrode via the device 9 in the ge-Stcllung placed, in which the capacitors 30 and 31 5 transferred desired position. This ends the

der Integrations- und Proportionalitätsverstärkcr ab- nungssteuerung und führt zur Strahlungssteuerungthe integration and proportionality gain control and leads to the radiation control

geschaltet sind. Infolgedessen wird die auf die Span- der Elektrode, so daß die Strahlungsintensität desare switched. As a result, the on the chip of the electrode, so that the radiation intensity of the

nungsdifferenz zwischen Elektrode und Werkstück Lichtbogens von diesem Zeitpunkt ab konstant ge-voltage difference between the electrode and the workpiece arc constant from this point onwards

abgestcllle Steuerung stillgesetzt, während sie unter halten wird.complete controller shut down while it is being maintained.

dem Einfluß der Lichtbogenstrahlung in Gang ge- ίο Zur Steuerung der Prüfanlage für die Lichtbogensetzt wird. strahlung, die die Fotozelle 70 und den Tubus 71the influence of the arc radiation in motion. ίο To control the test system for the arc set will. radiation that the photocell 70 and the tube 71

Die Sonde zur Erfassung der -Strahlungsintensität umfaßt, ist eine Verstelleinrichtung vorgesehen, dieThe probe for detecting the radiation intensity includes, an adjustment device is provided which

des Lichtbogens ist als fotoelektrische Diode ausge- auf dem Elektrodenhalter 5 angeordnet ist. Zu die-of the arc is designed as a photoelectric diode on which the electrode holder 5 is arranged. To the-

bildet, welche auf infrarote und sichtbare Strahlen sem Zwecke ist ein Stab 14 vorgesehen, zu dessenforms, which on infrared and visible rays sem purposes, a rod 14 is provided for

anspricht. Eine weitere Sonde spricht auf den ultra- 15 Führung der Teil 15 dient. Der Teil 15 steht unterappeals to. Another probe speaks to the ultra-15 guide which part 15 serves. Part 15 is below

violetten Strahlungsanteil des Lichtbogens an. dem Einfluß der Schraubenfeder 16, so daß dieviolet radiation component of the arc. the influence of the coil spring 16, so that the

Hierzu sind folgende Maßnahmen getroffen: Ein Rolle 17 unter leichtem Druck am Werkstück 6 anzur Strahlenführung bestimmter Tubus 71 dient zur liegt. Der Stab 14 ist unrund. Die Führungsausneh-Erfassung eines bestimmten Strahlungsänteiles des mung für ihn im Teil 15 hat denselben Querschnitt, Lichtbogens. Dieser,Strahlungsanteil wird der Foto- 20 so daß sich der Teil 15 bei seiner vertikalen Bewezelle 70 zugeleitet. Diese liegt in Serie mit dem gung nicht verdrehen kann. Der Tubus 71 ist im Widerstand 72 an den Klemmen einer Gleichstrom- Teil 15 mit Hilfe der Lager 76 verschwenkbar anquelle, die aus den Gleichrichtern 73 besteht, die in geordnet, so daß der Winkel, unter welchem die einer Brückenschaltung liegen. Die Gleichrichter sind Lichtbogenstrahlung angezielt wird, veränderlich einüber den Transformator 74 an eine Wechselstrom- 25 stellbar ist. Das Ende des Tubus 71 ist durch die quelle angeschlossen. Die Leitfähigkeit der Zelle 70 Einrichtung 57 gegen den Einfluß der Lichtbogenbestimmt den Strom durch den Widerstand 72 und wärme geschützt. Es können also Fotozelle und führt zu bestimmten Veränderungen der an den Führungstubus so eingestellt werden, daß Entfer-Klemmen auftretenden Spannung. Diese Spannung nung und Zielrichtungswinkel konstant bleiben; die wird der Basis des Transistors 78 zugeführt, der in 30 frequenzabhängigen Strahlungsanteile werden erfaßt, Emitterschaltung angeschlossen ist. Die am Wider- so daß eine exakte Lichtbogensteuerung sichergestellt stand 79 auftretende Spannung, die an den Emitter ist.For this purpose, the following measures have been taken: A roller 17 is applied to the workpiece 6 with light pressure Beam guidance of certain tube 71 is used to lie. The rod 14 is not round. The guide cut detection a certain radiation fraction of the mung for him in part 15 has the same cross-section, Arc. This radiation component becomes the photo 20 so that the part 15 is in its vertical Bewezelle 70 forwarded. This is in series with the movement cannot twist. The tube 71 is in Resistor 72 at the terminals of a direct current part 15 with the help of bearings 76 pivotable to source, which consists of the rectifiers 73, which are arranged in such a way that the angle at which the a bridge circuit. The rectifiers are aimed at arc radiation, changeable over one another the transformer 74 can be connected to an alternating current 25. The end of the tube 71 is through source connected. The conductivity of the cell 70 device 57 against the influence of the arcing determines the current through the resistor 72 and heat protected. So it can photocell and leads to certain changes to the guide tube to be adjusted so that removal clamps occurring voltage. This tension voltage and aiming angle remain constant; the is fed to the base of transistor 78, which is detected in 30 frequency-dependent radiation components, Emitter circuit is connected. On the other hand, an exact arc control is ensured stood 79 occurring voltage that is at the emitter.

des Transistors 78 gelegt ist, ist proportional der der F i g. 2 zeigt den zwischen Elektrode 8 und Werk-Fotozelle 70 zugeführten Strahlung. Widerstand 80 stück gezogenen Lichtbogen schematisch. Das Werk- und Kondensator 81, die an den Klemmen des Wider- 35 stück 6 weist die Naht 7 auf, die zugeschweißt werstandes 70 liegen, bilden einen Filter zur Unter- den soll. Am Lichtbogen sind die zentrale Plasmadrückung vorübergehender Beeinflussungen, die in strahlung 100 und die Außenstrahlung 101 zu untereiner plötzlichen Änderung der Lichtbogenstrahlung scheiden. Das zentrale Plasma tritt begleitet von bestehen könnten. Dadurch wird die Arbeitsweise einer UV-Strahlung auf, wobei die Strahlungsmenge der Emitterschaltung nicht beeinträchtigt, und es 40 von der Länge des Plasmateiles des Bogens abhängt, ändert sich auch nicht die Spannung, die auf diese Wird also die Ultraviolettstrahlung des zentralen Weise an den Klemmen des Widerstandes 79 ent- Lichtbogenplasmas erfaßt, so kann mittels der dawickelt wird. Parallel zum Transistor 78 liegt an den durch hergestellten Abhängigkeit des Lichtbogens Klemmen der Gleichstromquelle das Potentiometer von der Ausbildung des zentralen Plasmas der 85. Es hat einen Läufer 86, mittels dessen eine Be- 45 Schweißvorgang gleichförmig gestaltet werden. Die zugsspannung bestimmt sein kann, welche als Maß Umgebungsstrahlung ist dagegen vorwiegend eine für die Lichtbogenlänge benutzt wird. Die Differenz solche der Wolfram-Elektrode, welche die Kathode zwischen dem Potential des Transistoremitters 78 bildet. Auch das die Anode bildende Werkstück ist und des Läufers 86 bildet eine Regelspannung, die an der Außenstrahlung beteiligt, wie bei 102 dargeden jeweiligen Abweichungen der Lichtbogcnlänge, 5° stellt worden ist. Die dadurch gebildete, nach außen bezogen auf eine gewünschte Normallänge, ent- gerichtete Ausbuchtung der Außenstrahlung ist deutspricht. Wenn sich die Lichtbogenlänge im Verhält- lieh erkennbar. Die Abtastung der ultravioletten nis zu dieser gewünschten und normierten Licht- Strahlung erfolgt mittels einer gegen Ultraviolett bogenlänge ändert, läßt die Fotozelle 70 mehr oder empfindlichen Zelle, die in F i g. 2 bei 103 dargestellt weniger Strom hindurch und ändert auf diese Weise 55 ist. Ein Quarzfenster 104 am Abschluß des Teiles den Stronidurchgang des Transistors 78 und das 103 führt zu einer Begünstigung der ultravioletten Potential an dessen Emitter. Zur Messung· der Regel- Einstrahlung in die lichtempfindliche Zelle. Die UV-spannung dient das Amperemeter 87, das in Serie Strahlung trifft auf die Elektroden 103, 106. An die mit dem Widerstand 88 an die Leitungen 89, 90 an- Lichtzelle werden keine besonderen Anforderungen geschlossen ist. Diese die Regelspannung führenden 60 gestellt, so daß UV-empfindliche Zellen zur Prüfung Leitungen liegen an den Kontakten 91, 92 des Re- von ultravioletten Strahlen benutzbar sind. Eine lais 40, so daß beim Ansprechen des Relais 40 die UV-empfindliche Zelle kann auch in der Schaltung Rcgclspannung den beweglichen Kontakten 41, 42 der F i g. 1 an die Stelle der Fotozelle 70 treten. Dazugcführt wird. durch wird das der Basis des Transistors 78 zuee-of transistor 78 is applied, is proportional to that of F i g. 2 shows the between electrode 8 and factory photo cell 70 supplied radiation. Resistance 80 pieces drawn arc schematically. The work and capacitor 81, which at the terminals of the counter piece 6 has the seam 7, which was welded shut 70 should form a filter to the bottom. The central plasma pressure is on the arc temporary influences in radiation 100 and external radiation 101 to one another sudden change in arc radiation. The central plasma occurs accompanied by could exist. This will increase the functioning of a UV radiation, with the amount of radiation the emitter circuit is not affected, and it depends on the length of the plasma part of the arc, also does not change the voltage that acts on it, ie the ultraviolet radiation of the central Way at the terminals of the resistor 79 ent- Arc plasma detected, so can by means of the dawickelt will. Parallel to transistor 78 is due to the dependency of the arc produced by Clamp the direct current source the potentiometer from the formation of the central plasma of the 85. It has a runner 86, by means of which a welding process can be made uniform. the tensile stress can be determined, which as a measure of ambient radiation, however, is predominantly a is used for the arc length. The difference between the tungsten electrode and the cathode between the potential of the transistor emitter 78 forms. The workpiece forming the anode is also and the rotor 86 forms a control voltage that participates in the external radiation, as shown at 102 respective deviations of the arc length, 5 ° has been established. The outwardly formed thereby In relation to a desired normal length, the directed bulge of the external radiation is clearly speaking. When the arc length is in proportion borrowed recognizable. The scanning of the ultraviolet This desired and standardized light radiation takes place by means of an anti-ultraviolet If the arc length changes, the photocell 70 can be more or more sensitive cell, which is shown in FIG. 2 shown at 103 less current passes through it and changes that way 55 is. A quartz window 104 at the end of the part the passage of the current of the transistor 78 and the 103 leads to a favoring of the ultraviolet Potential at its emitter. For measuring · the normal radiation in the light-sensitive cell. The UV voltage The ammeter 87 is used, which hits the electrodes 103, 106 in series with radiation with the resistor 88 connected to the lines 89, 90 light cell there are no special requirements closed is. This set the control voltage leading 60, so that UV-sensitive cells for testing Lines are connected to the contacts 91, 92 of the ultraviolet rays can be used. One lais 40, so that when the relay 40 responds, the UV-sensitive cell can also be in the circuit Rcgclspannung the movable contacts 41, 42 of FIG. 1 take the place of photocell 70. Added will. through that the base of the transistor 78 is closed

Bei Erregung des Relais 40 wird die von der 65 führte Potential gesteuert. Dadurch ändert sich dasWhen the relay 40 is energized, the potential carried by the 65 is controlled. That changes that

lichtempfindlichen Zelle gelieferte Regelspannung Potential am Widerstand 79, und zwar so, daß eslight-sensitive cell supplied control voltage potential at resistor 79, in such a way that it

den Leitungen 33, 46 zugeführt. Wie oben ausge- proportional der der Sonde 103 zugeführten Strah-the lines 33, 46 supplied. As above, in proportion to the beam supplied to probe 103

führt, übertragen diese die Spannung den Integra- lung ist.leads, these transmit the voltage that is integration.

Der Adapter 77, der zum Schütze des Führungstubus 71 dient, kann eine Blende aufweisen, die nur eine kleine Öffnung 107 besitzt, so daß es dadurch zu einer weiteren Verringerung der Wärmeeinstrahlung in den Tubus 71 kommt.The adapter 77, which is used to protect the guide tube 71, can have a screen that only has a small opening 107, so that there is thereby a further reduction in heat radiation comes into the tube 71.

Bei Verwendung von ultraviolett-empfindlicher Sonden ist dagegen ein Filter 108 benutzbar, das beispielsweise aus einer Siliziumscheibe bestehen kann, die ultraviolette Strahlung durchläßt, aber infrarote Strahlung blockiert. Der Tubus wird auf das Zentralplasma 100 ausgerichtet. In diesem Falle kommt es, wie vorgesehen, zur Einstellung eines konstanten Abstandes der Elektrode 8 vom Werkstück 6.When using ultraviolet-sensitive probes, however, a filter 108 can be used for example, can consist of a silicon wafer that transmits ultraviolet radiation, but infrared Blocked radiation. The tube is aligned with the central plasma 100. In this case it comes, as provided, to the setting of a constant distance of the electrode 8 from the workpiece 6th

Die F i g. 3 und 4 stellen eine Sonde dar, die gemäß Anordnung der F i g. 1 mit einem Infrarotdetektor 70 verwendet wird. Zur Zuleitung der Strahlung zum Detektor 70 dient das Glasfaserbündel 110. Die Fasern können vom Trägerteil 15 ab auch durch ein starres Rohr 11 umhüllt sein, so daß ihre Enden ao in definierter Lage gegenüber dem Lichtbogen gehalten sind. Dagegen sind die Glasfasern in dem Bündelteil 110 zwischen Elektrode und Trägerteil 15 vom biegsamen Rohr 112 umgeben, das aus dem starren Rohr 112 herausgeführt ist. Dadurch kann der Infrarotdetektor 70 in ausreichend großer Entfernung vom Lichtbogen angebracht sein.The F i g. 3 and 4 illustrate a probe which, according to the arrangement of FIGS. 1 with an infrared detector 70 is used. The glass fiber bundle 110 is used to feed the radiation to the detector 70. The fibers can also be encased by a rigid tube 11 from the carrier part 15, so that their ends ao are held in a defined position with respect to the arc. In contrast, the glass fibers are in the Bundle part 110 between the electrode and the support part 15 surrounded by the flexible tube 112, which consists of the rigid tube 112 is led out. As a result, the infrared detector 70 can be at a sufficiently great distance attached to the arc.

Anordnungen mit ultraviolett-empfindlicher Sonde haben den Vorteil, daß infolge Sondierung der in der Mitte des Lichtbogens auftretenden Plasmastrahlung die Schweißwirkung mit einer bisher unbe-' kannten Genauigkeit eingestellt werden kann.Arrangements with an ultraviolet-sensitive probe have the advantage that as a result of probing the in the plasma radiation occurring in the middle of the arc increases the welding effect with a previously unaffected known accuracy can be set.

In einfacheren Fällen genügt jedoch eine infrarotempfindliche Sonde, die lediglich eine Außenzone des Lichtbogens erfaßt. Die Stellung der Elektrode wird dabei so gesteuert, daß die sondierte Strahlung im wesentlichen konstant bleibt.In simpler cases, however, an infrared-sensitive probe, which only has an outer zone, is sufficient of the arc detected. The position of the electrode is controlled so that the probed radiation remains essentially constant.

Claims

Patent claims:

1. Device for photoelectric arc length control on welding machines with non-consumable electrode, characterized by a first device for Generation of a control voltage derived from the arc voltage for the coarse adjustment of the electrode spacing and by one that becomes effective after a certain period of time second device for generating a radiation component which is frequency-determined by the intensity the arc-dependent control voltage for fine adjustment.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the second device on a Has infrared radiation of the arc responsive means.

3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the second Device having means responsive to ultraviolet radiation of the arc.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the second device has a Has radiation guide in the form of a fiber optic bundle, one end of which is in the effective area a photocell, while the other end is at a certain constant distance from the workpiece and is held at a certain constant directional angle to the arc.

5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the second device has one Has ultraviolet radiation responsive probe, the radiation guide means in connection associated with a device, which the probe and the radiation guide means in constant Maintain a distance from the workpiece and at a constant target angle to the arc.

1 sheet of drawings 109 615/103