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Lichtbogenschweißgerät Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Schweißgerät,
das einen Lichtbogenschweißbrenner, insbesondere einen Brenner für die Wolfram-Inertgas-Lichtbogenschweißung
(im folgenden kurz "WIG- Schweißung " genannt) längs einer gekrüümte?1, nicht kreisrunden
Naht zu führen vermag. Derartige Nähte lassen sich nämlich nicht mit den bisher
bekannt gewordenen Anordnungen schweißen, bei denen das zu schweißende Werkstück
oder der Brenner geradlinig oder kreisförmig um eine Achse bewegbar sind.
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Das Lichtbogenschweißgerät gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennerhalterung über einen Sektor einer kreisrunden Führung bewegbar und
die Brennerlage innerhalb dieser Halterung derart einstellbar ist, daß die Spitze
der Schweißelektrode eine kreisförmige Bewegung um den Kreismittelpunkt der Führung
beschreibt, wobei die Elektrodenachse radial zum Kreis verbleibt, und daß Mittel
zum Tragen und Bewegen der Führung zur Änderung des Abstandes des Kreismittelpunktes
von der Schweißnaht vorgesehen sind, wobei die Antriebsmittel für die Bewegung der
Brennerhalterung und für die Bewegung der Führung außerhalb des Sektors angeordnet
sind, innerhalb dessen die Brennerhalterung bewegt wird. Das Schweißgerät gemäß
der Erfindung ermöglicht es auf verhältnismäßig einfache Art und Weise, den schwierigen
Schweißbedingungen Rechnung zu tragen, wie sie in der Regel bei Werkstücken
mit
gekrUmmten, nicht kreisrunden Nähten auftreten.
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Da die Sektorfläche, über welche der Brenner und, falls erforderlich
auch die Zuführung für einen Zusatzschweißdraht (KaltdrahtsufUhrung) bewegt werden,
im wesentlichen frei ist, also außerhalb des die Antriebs- und Führungsteile enthaltenden
Gehäuses liegt, kann bei dem Gerät gemäß der Erfindung der Brenner auch in sonst
bzw. bisher unzugängliche Nähte eingeführt werden. Weitere Einzelheiten, Merkmale
und Vorteile des Schweißgerätes gemäß der Erfindung sollen an Hand der Zeichnungen
erläutert werden.
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Diese zeigen schematisch einige Ausführungsbeispiele für ein Schweißgerät
gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 soll der Schweißbrenner 1 für WIG-Schweißung über ein Werkstück
2 mit einer gekrüümten Oberfläche geführt werden. Der Brenner 1 wird längs der Naht
durch einen Wagen 3 bewegt, der über eine Leitspindel 4 von dem Motor 5 angetrieben
wird.
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Der Brenner 1 ist an einer Halterung 26 montiert, die auch ein Führungsrohr
28 für den Kaltdraht (Zusatzschweißdraht) trägt. Die Brennerhalterung 26 ist an
einem Führungsblock 6 angebracht, der sich innerhalb eins Schlitzes 7, begrenzt
durch die beiden zylindrischen und konzentrischen Führungsflächen 8 und 9, bewegen
kann. Die Stellung des Brenners 1 mit seiner Wolframelektrode muß so eingestellt
werden, daß der Fußpunkt 10 des Lichtbogens genau im Nittelpunkt der Kreise liegt,
in denen die Führungsflächen 8 und 9 verlaufen Die in Fig. 2 abgebildete Schablone
11 kann an den Stiften 12 aufgesetzt werden, um diese Einstellung zu erleichtern.
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Die Führnngsflächen 8 und 9 sind in einem Gehäuse 13 zu summen mit
einer Leltspindel 16 und. einem Motor 17 montiert, der mitveinem Rückführungsgenerator
25 gekuppelt ist. Entlang der Leitapindel 16 läuft die Mutter 15, die eine Gabel
14 trägt; die Gabel 14 ist im Eingriff mit dem Zapfen 27 an dem Fuhrungsblock 6
und auch mit einem Gleitkontakt 18, der sich längs eines Potentiometers 19 bewegt.
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In einer an dem Gehäuse 13 montierten Mutter 20 läuft eine Leitspindel
21, die von einem Motor 23 angetrieben wirdt der mit einem Rtlckführungsgenerator
24 gekuppelt ist. Der Motor 23 bewirkt eine senkrechte Bewegung des Gehäuses 13,
welches dabei durch Bolzen 22 geführt ist.
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Der Motor 23 wird durch die Lichtbogenspannung gesteuert, z.B. in
der in der deutschen Patentschrift 1 070 310 bzw.
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britischen Patentschrift 805 496 beschriebenen Art und Weise.
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Die Größe und Polarität der Spannung des Gleichstromgenerators 24
ist ein Anzeichen für die Geschwindigkeit, mit der sich der Schweißbrenner auf und
ab bewegt, wenn er der Oberfläche des Werkstückes folgt; mit anderen Worten, sie
ist ein Maß für den Winkel, um den der Brenner gegen die Senkrechte im Raum geneigt
werden muß, damit der Brennerwinkel zur Werkstückoberfläche konstant bleibt. Die
Polarität der qleichspannung des Rückführungsgenerators 24 ist ein Anzeichen des
Anstiegs oder Abfalls des Werkstückes, d.h. der Richtung, in der der Brenner durch
die Bewegung des Führungsblockes 6 entgegen dem Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn
geneigt werden muß. Um dieses Ergebnis zu erreichen, wird die Spannung des Generators
24 in einen Push- Pull- Verstärker eingeführt, der den Motor 17 in der erforderlichen
Richtung steuert. Die Spannung des Generators 24 ist in diesem Verstärker
der
Spannung gegengeschaltet, die der Gleitkontakt 18 von dem Potentiometer 19 abnimmt,
und zwar gemessen von der Mitte (halbwegs) des Potentiometers. Der Motor 17 wird
daher aufhören sich zu bewegen, wenn die von dem Potentiometer abgenommene positive
oder negative Spannung der von dem Tachometergenerator 24 gelieferten positiven
oder negativen Spannung gleicht, mit dem Ergebnis, daß jeder Spannung des Tachometergenerators
24 ein bestimmter Winkel des Brenners zugeordnet ist. Falls die Spannung des Generators
24 null ist, d.h. bei einer ebenen Oberfläche, wird der Motor 17 anhalten, wenn
der Brenner die Mittelstellung des Potentiometers 19 erreicht.
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Ein Pendeln der Steuerungen kann durch geeignete Rückführungssignale
verhindert werden. Änderungen in der Geschwindigkeit, mft der sich der Brenner nach
oben oder unten bewegt, d.h. sich beschleunigt oder verzögert, werden durch Änderungen
in der Spannung des Rückfuhrungsgenerators 24 angezeigt und beispielsweise durch
den Ladestrom oder Entladestrom eines Kondensators gemessen. Diese Signale werden
zusätzlich in den Rückführungssteuerkreis des Motors 23 eingeführt. In der gleichen
Weise führt der Generator 25 ein Signal, das einer Änderung in der Bewegungsgeschwindigkeit
der Mutter 15 entspricht, in den Steuerkreis des Motors 17 ein, in dem die Spannung
des Generators 24 und des Potentiometers 19 verglichen werden.
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Mit dem bisher beschriebenen Gerät würde sich die Schweißgeschwindigkeit
längs einer gekrümmten Oberfläche ändern, wenn die durch die Bewegung des Motors
23 gegebene vertikale Geschwindigkeitskomponente zu einer von dem Motor 5 hervorgerufenen
konstanten
Geschwindigkeitskomponente addiert wird. Um eine konstante Oberflächengeschwindigkeit
zu erzielen, wird die von dem Generator 24 abgegebene Spannung als Signal benutzt,
das die Geschwindigkeit des Motors 5 und damit die Geschwindigkeit, mit der sich
der Wagen 3 bewegt, verringert. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß für
die Geschwindigkeitsreglung des Motors 5 ein Stromkreis benutzt wird, der die Ankerspannung
dieses Motors mit einer Potentiometerspannung vergleicht, wobei das Potentiometer
an einen Stromkreis angeschlossen wird, z.B. einen Magnetverstärker, dessen Ausgangsspannung
verringert wird, wenn die Spannung des Generators 24, und zwar unabhängig von der
Polarität, ansteigt.
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Mit Hilfe von veränderlichen Widerständen, sogenannten Nicht-Ohmwiderständen,
wie z.B. Halbleitern, kann erreicht werden, daß kleine Spannungen des Generators
24 wenig oder keinen Einfluß haben auf die Ausgangsspannung des die Fahrgeschwindigkeit
des Motors 5 steuernden Magnetverstärkers, höhere Spannungen Jedoch einen steil
ansteigenden Einfluß ausüben und so die Bewegung des Wagens 3 bei hohen Geschwindigkeiten
der Auf- und Ab-Bewegung des Brenners nahezu stoppen.
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Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausfffhrungsform für die in dem Gehäuse
13 befindlichen Teile. Hier wird die Neigung des Brenners 1 durch ein stationäres
Kegelradsegment 116 bewirkt, längs dessen sich ein kleines Kegelrad 115 bewegt.
Dieses Rad 115 nun wird durch den Motor 17 angetrieben, der mit dem Tachometergenerator
25- gekuppel~ ist. Die gekrümmte Führungsfläche 107 und die Rollen 127 mit dem Führungsbl9ck
106 entsprechen in ihrer Wirkungsweise dem Führungsschlitz' 7 bzw.
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dem Führungsblock 6 in Fig. 1.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Abwandlung wird ein Stirnrad 217 von
dem Motor 17 über eine Schnecke 219 und ein Schraubenrad 218 angetrieben und längs
eines stationären Zahnstangensegmentes 216 bewegt. Die für die Führung benutzte
Anordnung (107 usw.) ist in Fig. 4 die gleiche wie in Fig. 3.
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Der Winkel, um den der Brenner gegen die Senkrechte im Raum geneigt
werden darf, ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel durch die Viskosität des flüssigen
Metalls begrenzt, die das Schweißgut daran hindern muß, die Naht unter dem Einfluß
der Schwerkraft zu verlassen. Dieser Winkel beträgt etwa 45 Grad für nicht rostenden
Stahl und etwa 30 Grad für Titan. Werkstücke, bei denen die Krümmung diesen Winkel
über steigt, können an einer umlaufenden Planscheibe geschweißt werden, wobei der
Schweißkopf mit allen den Teilen, die von dem Wagen 3 in Fig. 1 getragen werden,
in stationärer Lage montiert wird. Mit einer solchen Ausrüstung kann man beispielsweise
nierenförmige Gehäuse oder auch andere Werkstücke mit konvexer oder konkaver Form
schweißen, die in Annäherung einem Teil einer Zylinderfläche gleichen, wenn sie
auch von der wahren Zylinderform abweichen. Die Winkelgeschwindigkeit der das Werkstück
tragenden Planscheibe kann in diesem Falle entsprechend dem wirksamen Werkstückradius
durch ein Potentiometer verändert werden, das di#r# e Bewegung der Mutter 20 längs
der Leitspindel 21 der Fig. 1 derart gesteuert wird, daß die Umfangsgeschwindigkeit
des Werkstückes konstant bleibt.
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Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung zur Schweißung der in einen
Ständer 303 eingebauten Kompressorschaufeln 302.
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Der Schweißbrenner mit der Kaltdrahtzufhrung (ZusatzdrahtzufUhrung)
soll sich mit konstanter Lichtbogenlänge, konstantem
Winkel und
konstanter Geschwindigkeit über die Schaufeloberfläche bewegen. Der Brenner 1 ist
zusammen mit der Kaltdrahtzuführung 28 mittels einer Schelle 326 an der Halterung
314 derart montiert, daß er sowohl für konvexe Nähte in der in der Abbildung gezeigten
Stellung benutzt werden kann, wie auch für konkave Nähte auf der anderen Seite der
Schaufeln, nachdem der Brenner in der Schelle um 180 Grad gedreht wurde0 Das Gehäuse
13 trägt wieder den Motor 17, der mit dem Rückführungsgenerator 25 gekuppelt ist;
der Motor 17 treibt die Brennerhalterung 314 über ein Stirnrad 318 und das Zahnradsegment
316 an, wobei die Halterung 314 mittels Rollen 327 geführt wird Der Motor 17 bewirkt
in diesem Falle die Längsbewegung des Brenners über die Naht4 Der Radius des Treibradsegmentes
316 bestimmt den Kreis, längs dessen Umfang sich der Brenner bewegt, und er wird
so gewählt, daß die Bewegung der Elektrodenspitze, wie gezeigt, der durchsc#riittlichen
Krümmung der Schaufeln folgt.
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Der Motor 23 bewirkt de notwendige Anpassung der Brennerstellung,
die durch-dis Abweichung der Xruimnung von einem wahren preis bedingt ist, und benutzt
hierzu wie bei den bisher erläuterten Beispielen der Erfindung die Lichtbogenlänge
als Steuersignal, unter der Verwendung der gleichen Rückführungssignale-vom Generator
24 im Stromkreis der Lichtbogensteuerung. Die Spannung des Generators 24 wird wieder
unabhängig von ihrer Polarität dazu benutzt, die Geschwindigkeit der Bewegung des
Brenners längs der Naht zu verringern, und zwar durch Änderung der Geschwindigkeit
des Motors 17, derart, daß die Nahtgeschwindigkeit gemessen längs der gekrümmten
Qberfläche#der Schaufeln konstant bleibt.
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Eine solche Geschwindigkeitskorrektur mag sich insbesondere nahe den
Kanten der Schaufeln als notwendig erweisen, da dort die Abweichung die-größte ist.
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Das kreisrunde Potentiometer 319, das ebenfalls von dem Motor 17 angetrieben
wird, kann dazu benutzt werden, die Brennerstellung von Hand einzustellen, indem
man die an diesem Potentiometer abgegriffene Spannung mit der eines von Hand eingestellten
Potentiometers vergleicht, das an einer Fernsteuertafel angebracht ist. Die in den
Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Potentiometer 19 können für den gleichen Zweck benutzt
werden, indem man ihnen ein von Hand einstellbares Potentiometer zuordnet, wobei
die an den beiden Potentiometern abgegriffenen Spannungen verglichen und zur Steuerung
der Brennerstellung benutzt werden. Das von Hand einstellbare Potentiometer tritt
also an die Stelle des Tachometergenerators im Steuerkreis.