DE3001346C2 - Verfahren zum automatischen Verfolgen von Schweißnähten beim Lichtbogenschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Verfolgen von Schweißnähten beim Lichtbogenschweißen, insbesondere beim Schutzgasschweißen mit Schweißpistolen, bei dem der Lichtbogen während seiner Bewegung entlang der Schweißnaht quer zur Schweißnaht hin- und herbewegt wird und die Querbewegungen des Lichtbogens in Abhängigkeit von dei kontinuierlich erfaßten Schweißstromstärke gesteuert werden.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist z. B. aus der US-PS 32 04 081 bekannt, wobei die Schweißstromstärke kontinuierlich erfaßt wird und Änderungen im elektrischen Strom festgestellt werden, wenn der Lichtbogen die Naht abfährt. Zur Steuerung der Schweißpistole wird das dabei erfaßte Wechselstromsignal herangezogen und mit einer Bezugsträgerfrequenz verglichen. Der Nachteil dieses aus der US-Patentschrift bekannten Verfahrens besteht darin, daß der Lichtbogen erst dann wieder nachgeführt wird, wenn er bereits seine vorgegebene Soll-Lage verlassen hat.

Aus der CH-PS 5 32 978 ist eine programmierbare Schweißanordnung mit einem Schweißbrenner bekannt, die mit einem Verfahren arbeitet, bei dem von der Stellung des Brenners relativ zur Fuge abgeleitete Signale automatisch eine Oszillatorregelanordnung aktivieren. Die Folge ist, daß die Spitze des Schweißbrenners gegen die Fugenwand schwingt, doch nur soweit, wie zur Verankerung der Schweißnaht mit dieser Wand erforderlich ist, worauf dann der Brenner in die Richtung auf die andere Fugenwand bewegt wird. Das Signal für die Stellung wird durch einen Soll-Ist-Wertvergleich der Lichtbogenspannung erzeugt.

Ferner ist aus der DE-OS 26 45 788 eine Steuerung für automatische Schweißanlagen bekannt, für die der Umstand ausgenutzt wird, daß die Änderungen des Drahtabstandes beim Lichtbogenschweißen, insbeson-

dere beim MIG-MAG-Schweißen, eine meßbare Änderung des Schweißstromes bewirken. Dieser Umstand wird in Verbindung mit einer Pendeleinrichtung für die Schweißpistole zur Nachführung des Schweißkopfes durch elektromotorisch betätigte Schlitten benutzt Hierbei besitzt die Pendeleinrichtung für die Schweißpistole fest einstellbare Endpositionen. Jeweils in den Endpunkten und in der Mittelstellung der Pendelbewegungen wird der Schweißstrom und/oder die Spannung gemessen und entsprechend der Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert des Schweißstromes eine Ansceurung der Schlittenbewegung eingeleitet. Dabei ist zu unterscheiden, ob eine Ecknaht oder eine Kehl- bzw. V-Naht geschweißt werden soll, da die Stromstärkebzw. Spannungsänderungen jeweils Nachführungen der Pistole in entgegengesetzte Richtungen bewirken müssen.

Bei diesem bekannten Steuerungssystem muß die Pendeleinrichtung auf einen so großen Ausschlag eingestellt werden, daß die Schweißstromänderungen an allen Stellen einer Naht ausreichend groß sind, um Steuerbefehle für den Schweißkopf auslösen zu können. Hierdurch wird die so erzeugte Schweißnaht breiter als unbedingt erforderlich und es ergeben sich auch langsamere Schweißgeschwindigkeiien. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Steuerung gemäß der DE-OS 26 45 788 am Beginn einer Naht eine längere Schweißfahrt benötigt, bis nach Schweißbeginn und mehreren Pendelhüben die gewünschte Position überhaupt erreicht wird. Es ergeben sich daher insbesondere am Nahtanfang fehlerhafte Schweißungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches ein schnelles Auffinden der zu verschweißenden Fugenmitte erlaubt, um am Beginn eines Schweißvorganges eine längere Schweißfahrt entbehrlich zu machen und auch die Herstellung schmaler Schweißnähte zu ermöglichen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also keine absoluten Stromwerte mehr gemessen, sondern lediglich festgestellt, ob der Schweißstrom ansteigt oder abfällt. Dabei wird so vorgegangen, daß nach dem Zünden des Lichtbogens die Schweißpistole quer zur Schweißnahtrichtung bewegt wird und gleichzeitig die Veränderungen des Schweißstromes festgestellt werden. Je nach der Art der auszuführenden Naht fällt (Kehl- oder V-Naht) oder steigt (Ecknaht) der Schweißstrom, wenn sich der Lichtbogen auf die Mitte der Naht zu bewegt. Sobald sich der Trend der Änderungen des Schweißstromes umgekehrt hat, wird die Bewegung des Lichtbogens ebenfalls umgedreht. Diese Bewegungsrichtung wird dann solange beibehalten, bis nach dem Überschreiten der optimalen Position (Nahtmitte) eine weitere Trendumkehr des Schweißstromes festgestellt wird, worauf dann die Bewegung erneut umgekehrt wird usf. Nach diesem Kriterium des Wechsels von Stromanstieg und Stromabfall wird die Bewegungsrich-

&5 tung des Lichtbogens jeweils umgekehrt und dadurch eine schmale Schweißnaht und in weiterer Folge eine höhere Schweißgeschwindigkeit erreicht.

Durch die erfindungsgemäße Steuerung wird ein

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schnelles Auffinden der Nahtposition schon während rung des Schweißstromes mit B bezeichnet

der ersten Bewegung des Lichtbogens quer zur Die Steuerung erfolgt nun so, daß im Beispiel gemäß

Schweißnaht gewährleistet, so daß sich fehlerfreie Fig. Ib) die Bewegungsrichtung der Schweißpistole 4

Nahtanfangsstellen ergeben. nach einer Zeitspanne (a und ö/nach der Trendumkehr

Wenn breitere N ähte geschweißt werden sollen, dann 5 B der Änderung des Schweißstromes geändert wird,
kann in Ausgestaltung des Verfahrens nach Patentan- Werden besonders schmale Schweißnähte gespruch 1 so vorgegangen werden, daß man die Richtung wünscht dann kann die Änderung der Bewegungsrichder Bewegung des Lichtbogens eine vorgegebene ins- tung unmittelbar nach dem Auftreten der Trendumkehr besondere einstellbare Zeitspanne nach der Trendum- B erfolgen. In diesem Fall ergeben sich die Pendelbewekehr der Änderung des Schweißstromes umdreht Zu- io gungen durch die Trägheit der Steuerung und des Ansätzlich besteht noch die Möglichkeit, die Verweilzeiten triebssysiems für die Schweißpistole 4.
in den Endlagen der hin- und hergehenden Bewegungen Bei einer Abweichung der Schweißpistole von der der Schweißpistole entsprechend auszulegen. vorgegebenen Stellung über der Naht zwischen den In der Praxis tritt, häufig der Fall ein, daß sich der Werkstücken 1 und 2 wurden sich ohne entsprechende Lichtbogen in der Mittelläge seiner hin- und hergehen- is Steuerung die in F i g. 2a) bzw. 2b) gezeigten Verhältnisden Bewegungen nicht in der Symmetrieebene der se mit unterschiedlich langen Zeitspannen c und d erge-Schweißnaht befinden. Dies ist beispielsweise dann der ben und eine schlechte Schweißung entstehen.
Fall wenn sich das Zentrum der Pendelbewegungeen Der in Fig.2a) gezeigte Fall tritt jedoch bei dem außerhalb der Symmetrieebene der Schweißnaht befin- erfindungsgemäßen Verfahren gar nicht ein, da die Bedet Dies stört an sich nicht, da sich ja die Pendelhübe 20 wegungsrichtung der Schweißpistole bei ihrer Bewebei der erfindungsgemäßen Steuerung auf beiden Seiten gung quer zur Schweißnaht in Abhängigkeit von der der Schweißnaht gleich weit erstrecken, in bestimmten Trendumkehr B des Schweißstromes »«steuert wird. Im Fällen, beispielsweise um für weitere Nachr>gelungen vorliegenden Fall wird die Bewegungsrichtung auch im genügend Spielraum zu besitzen, kann man in Ausge- Beispiel gemäß F i g. 3a) und b) Zeitspannen a und b staltung der Verfahren nach den Patentansprüchen 1 25 nach der Trendumkehr B umgesteuert. Auch wenj: sich oder 2, die Mittellage der hin- und hergehenden Bewe- also das Zentrum 4' der Pendelbewegungen der gungen des Lichtbogens durch Bewegungen beispiels- Schweibpistole 4 nicht genau oberhalb der Schweißnaht weise der Schweißpistolen entlang der Hauptverfah- (in der Symmetrieebene 3) befindet erstrecken sich die renswerksachse so nachregeln, daß die Trendumkehr Pendelbewegungen gleich weil auf beiden Seiten der eintritt wenn sich der Lichtbogen bei seinen hin- und 30 Schweißnaht

hergehenden Bewegungen im wesentlichen in der Sym- Es ist ersichtlich, daß mit dem erfindungsgemäßen

metrieebene der Schweißnaht befindet Verfahren beim Lichtbogenschweißen Schweißnähte

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfah- automatisch ohne weiteres verfolgt werden können, in-

rens werden nachstehend unter Bezugnahme auf die dem die Änderungen des Schweißstromes kontinuier-

Zeichnungen am Beispiel des Schweißens einer Ecknaht 35 lieh erfaßt werden.

näher erläutert Es zeigt Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. la) die optimalen Verhältnisse beim Schweißen bei dem die Änderungen des Schweißstromes kontinu-

einer Ecknaht ierlich erfaßt werden, die Möglichkeit, aus den in

Fig. Ib) den Verlauf der Stromstärke hierzu, Fig. 3a) gezeigten Verhältnissen wieder zu den in

F i g. 2a) eine Abweichung von den Idealverhältnissen 40 F i g. 1 a) gezeigten Verhältnissen zu kommen, indem das

und Zentrum 4' der Pendelbewegungen der Schweißpistole

F i g. 2b) den Stromstärkeverlauf hierzu, 4 w'^der in die Symmetrieebene 3 der Schweißnaht ver-

F i g. 3a) das Ergebnis einer Nachregelung und legt wird, so daß wie bei den in F i g. 1 a) gezeigten Ver-

F i g. 3b) den Stromstärkeverlauf hierzu. hältnissen Trendumkehr B dann eintritt, wenn nicht nur

In F i g. la) sind schematisch zwei Werkstücke 1 und 2 45 die Mittellage A der Schweißpistole 4 im Zeitpunkt der

und eine Schweißpistole 4 eines nicht näher gezeigten Trendumkehr erreicht wird, sondern auch die Scbweiß-

Schweißaiiiomaten gezeigt. Die Schweißpistole 4 und pistole 4 bzw. der Lichtbogen im wesentlichen in der

die durch diese zugeführte Drahtelektrode 5 pendelt Symmetrieebene 3 der Schweißnaht angeordnet ist

längs des Doppelpfeiles 6, wobei das Zentrum der Pen- Auf diese Weise werden Abweichungen des Zen-

delbewegung mit 4' bezeichnet ist. Es ist ersichtlich, daß 50 trums 4' der Pendelbewegung von der Symmetrieebene

sich der Abstand der Drehelektrode 5 von den Werk- 3 festgestellt und abhängig von dieser Abweichung eine

stücken 1,2 beim Hin- und Herbewegen der Schweißpi- Nachregelung der Hauptfahrwerksachsen bewirkt.

stole 4 periodisch ändert, so daß sich auch die Stärke des Weiterhin kann durch Vergleich des mittlereii

Schweißstromes periodisch ändert, wie dies in Fig. Ib) Schw^ißstromwertes mit einem Sollwert eine Nachre-

dargestellt ist. 55 gelung zur Konstanthaltung der Länge des Lichtbogens

Ausgehend von der in Fig. la) linken Endstellung erfolgen.

der Schweißpistole 4 wird die Stromstärke /vom Wert Durch die ständige Kontrolle der Schweißstromver-/0 bis zum Wert /_m„ ansteigen. Dieser höchste Wert der änderungen ist es auch möglich, abrupte Veränderun-Stromstärke wird erreicht, wenn sich die Schweißpistole gen, die sich am Nahtende durch plötzliche Verlänge-4 bzw. der Lichtbogen in der Symmetrieebene 3 der 60 rung des Lichtbogens (Schweißung zu einer Kante) oder Schweißnaht befindet, was bei den in Fig. la)gezeigten Verkürzung (Schweißung in eine Ecke) ergeben, geVerhältnissen dann eintritt, wenn sich die Schweißpisto- trennt zu erfassen und für den weiteren Abteuf des Ie in ihrer Mittellage befindet. Gleichzeitig beginnt die Schweißvorganges zu verwerten.
Stromstärke wieder vom Wert W abzufallen, bis sie Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch zur beim Erreichen der in Fig. la) rechten Endlage der 65 Verfolgung von Kehl- oder V-Nähten verwenden. Der Pendelbewegung wieder den Wert /0 erreicht hat. Im einzige Unterschied DC-stehl darin, daß die Umkehr des Diagramm gemäß Fig. Ib) ist die Mittellage der Trends der Schweißstromänderung in einem Minimum SchweißDistole mit A umj die Trendumkehr der Ände- des Schweißstromes auftritt.

Aus Fig.3a) und b) ist noch ersichtlich, daß die .Schweißstromstärken in den Endpunkten der Pendelhübe nicht gleich groß sein müssen. Im gezeigten Beispiel betragen die Stromstärken la bzw. I₀". Dennoch erstrecken sich die Pendelbewegungen gleich weit auf beiden Seiten der Naht, so daß eine fehlerfreie Schweißung erreicht wird.

Obwohl in den Fig.3b) und Ib) davon ausgegangen wurde, daß die Zeitspannen a und b gleich groß sind, kann es für Sonderfälle vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so abzuwandeln, daß die Zeit zwischen Trendumkehr der Änderung des Schweißstromes und Bewegungsumkehr auf der einen Seite der Schweißnaht größer ist als auf der anderen Seite. Der Grenzfall wäre, daß die Bewegungsrichtung auf der einen Seite sofort nach der Trendumkehr und auf der anderen Seite eine Zeitspanne nach der Trendumkehr umgedreht wird.

Die Bewegungen des Lichtbogens quer zur Schweißnaht müssen nicht unbedingt Pendelbewegungen sein. Vielmehr können diese Bewegungen auch durch Verschieben eines die Schweißpistole tragenden Schlittens erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum automatischen Verfolgen von Schweißnähten beim Lichtbogenschweißen, insbesondere beim Schutzgasschweißen mit Schweißpistolen, bei dem der Lichtbogen während seiner Bewegung entlang der Schweißnaht quer zur Schweißnaht hin- und herbewegt wird und die QuerbewegURg des Lichtbogens in Abhängigkeit von der kontinuierlich erfaßten Schweißstromstärke gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der quer zur Schweißnaht verlaufenden Bewegung des Lichtbogens bereits umgedreht wird, nachdem ein Obergang von einer Zunahme zur Abnahme der Schweißstromstärke oder umgekehrt festgestellt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Bewegung des Lichtbogens eine vorgegebene", insbesondere einstellbare Zeitspanne tuch dem Obergang von einer Zunahme zur Abnahme der Schweißstromstärke, oder umgekehrt, umgedreht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellage der hin- und hergehenden Bewegungen des Lichtbogens durch Bewegen beispielsweise der Schweißpistolen entlang der Hauptfahrwerksachsen verstellt wird, bis der Übergang von einer Zunahme zur Abnahme der Schweißstromstärken oder umgekehrt bei im wesentlichen in der Symmetrieebene der Schweißnaht befindiicnem Lichtbogen eintritt.