DE2546221B2

DE2546221B2 - Verfahren zum selbsttätigen Führen eines Lichtbogenschweißkopfes und Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens

Info

Publication number: DE2546221B2
Application number: DE19752546221
Authority: DE
Inventors: Peter Hirsch; Franz-Josef King
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1975-10-15
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2546221A1; DE2546221C3

Description

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

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

Es ist so bereits bekannt, zur Mittensteuerung des Schweißbrenners mechanische Mitte! wie Taststifte, Leitrollen u.dgl. einzusetzen (vgl. US-PS 30 80 472). Wesentlicher Nachteil solcher Steuerungsgeräte ist der unvermeidbare, zu Fehlsteuerungen führende Verschleiß der Fühler im rauhen Werkstattbetrieb.

Es sind auch Lösungen für die berührungslose Führung des Schweißkopfes in Fugenmitte bekannt geworden, die auf kapazitiver, induktiver oder optischer Grundlage beruhen (s. US-PS 38 55446). Dabei sind aber zusätzliche Einrichtungen am Schweißkopf dicht an der Schweißstelle erforderlich, wodurch oft Schwierigkeiten aufgrund der Temperatur- und Schmutzempfindlichkeit der Sensoren auftraten. Außerdem haben solche Vorrichtungen den Nachteil gemeinsam, daß der unvermeidliche Abstand zwischen Meßstelle und Schweißstelle von vornherein eine gewisse Führungsungenauigkeit zur Folge hat, deren Ausgleich weitere Maßnahme erfordert Solche zeigt die schon genannte US-PS 30 80 472, ferner die US-PS 3158 121 (s.

insbesondere Fig. 1 u.Text). Bei stärkeren Krümmungen der Fuge ist es zudem erforderlich, Brenner und Sensor zu trennen und die Stellsignale für die Brennerverstellung zu speichern, was zusätzlichen Aufwand bedeutet Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist aucn schon

iü bekannt geworden, den Lichtbogen selbst als Meßfühler zu benutzen (vgl. US-PS 32 04 081; ähnl. DE-AS 10 80 712). Da aber nur eine einzige Drahtelektrode vorgesehen ist, wird der Lichtbogen magnetisch abwechselnd zu beiden Flanken der Fuge auEgelenkt

π C;e dynamische Veränderung der Lichtbogenkenngrößen zwischen zwei Auslenkungen stellt ein Maß für die Abweichung aus Fugenmitte dar. Dieses Auslenken bleibt nicht ohne Einfluß auf den Schweißpro2eß, der sich nachteilig in der Einbrandform und der Schweißlei stung überall dort zeigt wo technologisch ein Pendeln durchaus überflüssig ist und nur zum Zwecke der Pösitionsermittlung durchgeführt wird. Zudem erfordert es den zusätzlichen Aufwand einer magnetischen Pendelvorrichtung, dazu einer aufwendigen elektroni sehen Signalauswertung.

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

jo Unbedingte Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß das Brennersystem exakt in Fugenmitte geführt wird, was die Anwendung eines der oben beschriebenen Führungssysteme erfordert (vgl. hierzu: Werner Schatz »Die Unterpulververschweißung«, Eisenberg/Pfalz, 1962).

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

■to Vorteile der Zweidrahtschweißung (nach Schatz, s. oben) und der Fugenmittenführung des Brennersystems in sich vereinigt Ein solches System ist Gegenstand des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs. In den Unteransprüchen sind einige Einzelheiten der zugehöri-

•»5 gen Vorrichtung behandelt

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die beiden Schweißdrähte bzw. Elektroden dem Lichtbogenprozeß elektrisch voneinander isoliert zugeführt werden. In die sich so ergebenden getrennten Stromkreise ist je ein Meßshunt geschaltet, mit dem die Teilströme gemessen werden, um anschließend verglichen zu werden.

Bei Abweichung des Brenners aus der Fugenmitte ergeben »ich durch Änderung der Widerstandsstrecken zwischen dem freien Ende der Drahtelektroden und dem Werkstück über den Lichtbogen unterschiedliche Teilströme in den getrennten Stromkreisen. Die Differenz; dieser Teilströme bildet das Meßsignal, das nach einer üblichen Verstärkung zur Ansteuerung des den seitlich beweglichen Brennerschlitten antreibenden

M) Motors genutzt wird, womit eine automatische Rückstellung des Brennen in Fugenmitte erfolgt

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel, hier in Verbindung mit einer Einrichtung für Schutzgasschweißen, rein !thematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 den Schweißbrenner mit Stromversorgung und Schu tzgaseinrichtung,

Fig.2 die Ausbildung der Vorschubrollen für die Drahtelektroden,

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

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

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

Bei schräger Ausrichtung der Fuge relativ zu der Führungsbahn des Brennervorschubwagens folgte der Brenner gleichmäßig und kontinuierlich mittels der Steuerung nach der Erfindung exakt dem aufgezwungenen Fugen verlauf in Fugenmitte. Dabei verlief der Schweißprozeß absolut störungsfrei mit gleichmäßiger Ausbildung der Wurzelraupe bzw. der nach Abschweißen der Wurzellage geschweißten Füllagen. Selbst beim Schweißen der Decklage reichte eine geringe Höhendifferenz zwischen der letzten Foliage ur:i der Fugenoberkante aus, den Brenner ohne erkennbere Mittenabweichung zu führen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen Führen eines Lichtbogen-Schweißbrenners für abschmelzende Drahtelektroden entlang der Fugenmittellinie bei symmetrischer Fuge, mit dem Lichtbogen als Meßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drahtelektroden (22) in an sich bekannter Weise räumlich nebeneinander und elektrisch parallel, jedoch voneinander isoliert angeordnet sind, daß die gleichzeitigen Stromwerte in den beiden Lichtbogen-Stromkreiszweigen (1,10,20,19) gemessen und miteinander verglichen werden, und daß eine Stromdifferenz auf eine Seitenverstelleinrichtung (M) des Schweißbrenners im Sinne seiner Rückführung zur Fugenmitte mit gleichbelasteten Lichtbogenstromkreiszweigen einwirkt

2. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Isolierung (Sei Drahtelektroden im Schweißbereich auch die zugehörigen Vorschub- und AnpreßroHen (8, 18) sowie die Aufhängung der Haspeln für den Elektrodendraht und dessen Führungen ebenfalls voneinander isoliert ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer gemeinsamen Schutzgasdüse für das Elektrodenpaar für jede Elektrode eine besondere, an dem gemeinsamen Brenner durch Schraub- oder Steckverbindung angebrachte Schutzgasdüse vorgesehen ist

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

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