DE3220242A1

DE3220242A1 - Engspaltschweisskopf

Info

Publication number: DE3220242A1
Application number: DE19823220242
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Gunzelmann; Werner 8500 Nürnberg Huscher; Ralf Dieter Krause
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE3220242C2

Description

Engspaltschweißkopf
Die Erfindung bezieht sich auf einen Engspaltschweißkopf zum Metallschutzgasschweißen, bestehend aus einem Drahtvorschubmotor, einem pendelnden wassergekühlten Düsenhalter mit Drahtführungsdüse, einem Pendelantrieb mit Positionsgeber, einem schwertförmigen Gasschutz zum Abdecken der Schweißschmelze.
Für das an sich bekannte Engspaltschweißen werden verschiedene Methoden angewandt, um einen ausreichenden Flankeneinbrand an beiden Seiten der Nahtflanken zu garantieren. Es werden verschiedene Gruppen unterschieden: 1. Erfassen der Nahtflanken durch das Zwirbeldrahtverfahren mit rotierendem Lichtbogen, 2. Erfassen der Nahtflanken durch plastisches Verformen der Drahtelektrode, als Eindrahtverfahren pendelnd, als Mehrdrahtverfahren nach jeweils einer Nahtseite vorgebogen.
3. Erfassen der Nahtflanken durch mechanisches Führen und Auslenken der Drahtelektrode im Kontaktrohr, mit feststehenden Düsen, mit oszillierenden Düsen.
Aufgrund der hohen Stromstärke ist beim Zwirbeldrahtverfahren (Twist-Arc) ein Schweißen in Zwangslage nicht möglich. Werkstoffe, bei denen niedrige Streckenenergien zur Erhaltung der mechanischen Gütewerte notwendig sind, können mit diesem Verfahren nur unter der Gefahr von Flankenbindefehlern geschweißt werden.
Das Erfassen der Nahtflanke über die plastische Verformung der Drahtelektrode hat den Nachteil, daß sich die vorgebogene Richtung des Drahtendes dann verändert, wenn der Eigenspannungszustand des Drahtes variiert. Eine Korrektur der voreingestellten Parameter kann kurzfristig während des Schweißens nur schwer oder gar nicht durchgeführt werden, was zu Schweißfehlern führt. Außerdem verlangt diese Methode eine ständige visuelle Kontrolle des Schweißvorgangs.
Wird die Drahtelektrode durch mechanisches Führen in einem feststehenden abgewinkelten Kontaktrohr zur Fugenflanke geführt, dann ist eine exakte Fugenvorbereitung notwendig, wenn Lagen- und Flankenbindefehler vermieden werden sollen. Wird mit winklig geführtem Doppeldraht gearbeitet, wird wieder eine so große Schmelze erhalten, daß das Schweißen in Zwangslage ebenfalls nicht möglich ist.
Weiterhin sind Schweißverfahren mit oszillierenden Brennern, verbunden mit mechanisch geführter Drahtablenkung, bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Engspaltschweißkopf zu entwickeln, mit dem die Nachteile der genannten Engspaltschweißverfahren vermieden werden und reproduzierbar fehlerfreie Schweißnähte in allen Positionen gewährleistet werden können. Darüber hinaus soll der Engspaltschweißkopf störunanfällig, für alle Schweißaufgaben geeignet und für einen rauhen Fertigungsbetrieb genügend robust aufgebaut sein.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Düsenhalter aus einem Kontaktrohr, einem Ht rohr, einem Düsenaufnehmer und einem Wasseranschlußstück aufgebaut ist, daß zwischen dem Kontaktrohr und dem Hüllrohr Kanäle zur direkten Wasserkühlung vorgesehen sind, deren Zu- und Rücklauf über einen Wasseranschlußblock und ein Wasseranschlußstück erfolgt, daß am Wasseranschlußstück eine Indizierung der Position zwischen Pendelantrieb und Drahtführungsdüse vorgesehen ist, daß ferner die Drahtführungsdüse unter einem vorgegebenen Winkel Cc in den Düsenaufnehmer eingeschraubt ist, daß weiterhin der Gasschutz den Düsenhalter über die gesamte in die Nahtfuge eintauchende Länge allseitig umschließt und mit Bohrungen versehen ist und daß der Gasschutz vom Düsenhalter und vom Gehäuse elektrisch isoliert ist.
Die Drahtführungsdüse ist vorteilhafter Weise unter einem Winkel cc zwischen 30 und 150 gegenüber der Schweißkopfachse in den Düsenaufnehmer eingeschraubt.
Der Gasschutz kann ebenfalls wassergekühlt sein. Die Isolierung zwischen Gasschutz und Düsenhalter ist zum Beispiel als Beschichtung auf dem Düsenhaiter vorgesehen, die zum Beispiel aus einem keramischen Werkstoff oder aus einem Kunststoffmaterial bestehen kann.
Die Isolierung zwischen Gasschutz und Düsenhalter kann in Form einer Hülse ausgeführt sein.
Weiterhin kann an der unteren Stirnfläche des Gasschutzes eine auswechselbare Schutzgasdüse angebracht sein.
Es ist zweckmäßig, das Wasseranschlußstück kegelförmig auszubilden. Als Indizierung eignet sich besonders ein Stift. Im Wasseranschlußblock ist zweckmäßig mindestens eine Aufnahmenut für den Indizierungsstift vorgesehen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß im Gasschutz Sensoren zur Nahtführung angebracht sind, die induktiv, kapazitiv oder taktil wirken.
Gegebenenfalls kann die Drahtführungsdüse durch eine Wolframelektrode ersetzt werden.
Anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung noch näher erläutert-. Es zeigen FIG 1 im Schnitt einen Engspaltschweißkopf gemäß der Erfindung.
FIG 2 im Schnitt den Bereich II in FIG 1 in Vergrößerung.
In FIG 1 ist im Schnitt ein Engspaltschweißkopf gemäß der Erfindung dargestellt. In einem schwertförmigen Gasschutz 5, der z.B. aus Messing bestehen kann, ist ein pendelnder und wassergekühlter Düsenhalter angeordnet, der aus dem Kontaktrohr 1, dem Hüllrohr 2, dem Düsenaufnehmer 23 und dem Wasseranschlußstück 27 aufgebaut ist.
In den Düsenaufnehmer 23 ist die Drahtführungsdüse 4 unter einem vorgegebenen Winkel ,z.B. 100, eingeschraubt. Zwischen dem Kontaktrohr 1 und dem Hüllrohr 2 sind Wasserkanäle 24 und 25 zur direkten Wasserkühlung vorgesehen. Die Kanäle 24 und 25 stehen in Verbindung mit dem Wasseranschlußblock 3, in den der Wasservorlauf 11 und der Wasserrücklauf 12 eingepaßt sind. Im Wasserrücklauf 12 befindet sich gleichzeitig der Stromanschluß für die Drahtelektrode 9. Der Gasschutz 5 ist so ausgeführt, daß er den Düsenhalter über die gesamte in die Nahtfuge eintauchende Länge allseitig umschließt.
Der Gasschutz 5 ist vom Düsenhalter durch die Isolierschicht 6 und vom Getriebegehäuse 16 durch die isolierende Schicht 21 elektrisch isoliert. Die Drahtelektrode 9 ist durch den Drahteinlauf 10, die Befestigungsmutter 13, den Wasseranschlußblock 3, das Wasseranschlußstück 27, eines der Antriebszahnräder 15 für die Ausführung der Pendelbewegung, durch die Wälzlager 19 und 20 und das Kontaktrohr 1 in die Drahtführungsdüse 4 geführt. Der Drahtvorschub wird durch den Vorschubmotor 8 bewirkt.
Durch den Pendelantrieb, bestehend aus dem Pendelmotor 14, den Zahnrädern 15 und dem Drehgeber 18, wird der Düsenhalter mit der Drahtführungsdüse 4 in pendelnde Bewegungen versetzt. Der Drehgeber 18 kann z.B. ein Potentiometer sein. Er gibt die genaue Düsenstellung an. Mit 17 ist eine Kupplung zwischen Drehgeber 18 und den Antriebszahnrädern 15 bezeichnet. Mit 22 sind Zentrierungen gekennzeichnet. In den Gasschutz 5 sind Bohrungen 7 zur Zuführung des Schutzgases an die Schweißstelle enthalten.
Am Wasseranschlußstück 27 ist zum Positionieren zwischen Pendelantrieb 14, 15, 17, 18 und Drahtführungsdüse 4 eine stiftförmige Indizierung 28 vorgesehen. Zur Aufnahme des Indizierungsstiftes 28 weist der Wasser an schlußblock 3 mindestens eine Aufnahmenut 29 auf. Weiterhin sind im Gasschutz 5 Sensoren 30 zur Nahtführung vorgesehen. Die Sensoren 30 können z.B. induktiv, kapazitiv oder taktil wirkende Sensoren sein.
Die Drahtelektrode 9 wird in der Achse des wassergekühlten Kontaktrohres 1 zugeführt und tritt am Ende über die schräg eingebrachte Drahtführungsdüse 4 aus. Diese Drahtführungsddse 4 übernimmt durch geeignete Wahl von Düsenbohrung und einem Ablenkwinkel os zwischen 30 und 159 die Aufgabe, die Drahtelektrode 9 in definierter und reproduzierbarer Weise aus der Schweißkopfachse abzulenken. Durch koaxiale, oszillierende Drehschwingungen des Schweißkopfes wird der am Drahtende brennende Lichtbogen in Abhängigkeit von Pendelwinkel und freiem Drahtende zwangsweise und ohne Möglichkeit der Abweichung von einer Fugenflanke zur anderen bewegt. Da die Drehschwingungen mit einem Elektromotor von hoher dynamischer Qualität erzeugt werden, ist es möglich, definierte und vorgewählte Winkelbereiche sowie beliebige Haltezeiten an den Umkehrpunkten einzuhalten. Diese Parameter sind auch während des Betriebs veränderbar, so daß auch bei sich ändernden Nahtkonturen jederzeit eine einwandfreie und reproduzierbare Anschmelzung der Nahtflanken gewährleistet ist. Beim Einsatz geeigneter Sensorsysteme, die die Nahtgeometrie erfassen, lassen sich diese Parameter in ein Regelsystem einbinden, so daß ein vollautomatischer Schweißablauf realisiert werden kann.
Beim MIG-MAG-Engspaltschweißen ist auch durch Einsatz des Impuls schwe ißverfahrens spritzerfreies Schweißen nur bedingt realisierbar. An den Nahtflanken anhaftende Spritzer können nicht nur die Schweißkopfposition beeinflussen, sondern auch dazu führen, daß der Schweißkopf Werkstückpotential bekommt. Als Folge davon sind Schweißfehler oder die Zerstörung des Schweißkopfes zu erwarten.
Diese Nachteile sind beim Schweißkopf gemäß der Erfindung vermieden, dadurch, daß der Schweißkopf in einem schwertartigen-Gasschutz 5 integriert ist. Dieser Gasschutz 5 ist vom Düsenhalter 1, 2, 23, 27 potentialfrei getrennt.
Durch diese Isolation und eine massive Kqnstruktion ist auch beim Berühren des Gasschutzes 5 mit den Nahtflanken ein störungsfreier Betrieb gewährleistet.
In FIG 2 ist der Bereich II der FIG 1 vergrößert im Schnitt dargestellt. Mit 1 ist das Kontaktrohr, mit 2 das Hüllrohr, mit 24 und 25 die Kanäle zur direkten Wasserkühlung, mit 6 die Isolierung des Düsenhalters, mit 5 der Gasschutz, mit 7 Bohrungen zur Aufnahme des Schutzgases, mit 26 die Schutzgasdüse, die z.B. aus Kupfer bestehen kann, mit 4 die Drahtführungsdüse und mit 23 der Düsenaufnehmer bezeichnet.
14 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche Engspaltschweißkopf zum Metallschutzgasschweißen, bestehend aus einem Drahtvorschubmotor, einem pendelnden wassergekühlten Düsenhalter mit Drahtführungsdüse, einem Pendelantrieb mit Positionsgeber, einem schwertförmigen Gasschutz zum Abdecken der Schweißschmelze, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Düsenhalter aus einem Kontaktrohr (1), einem HUllrohr (2), einem Düsenaufnehmer (23) und einem Wasseranschlußstück (27) aufgebaut ist, daß zwischen dem-Kontaktrohr (1) und dem Hüllrohr (2) Kanäle (24, 25) zur direkten Wasserkühlung vorgesehen sind, deren Zu- und Rücklauf (11, 12) über einen Wasseranschlußblock(3) und ein Wasseranschlußstück (27) erfolgt, daß am Wasseranschlußstück (27) eine Indizierung (28) der Position zwischen Pendelantrieb (14, 15, 17-, 18) und Drahtführungsdüse -(4) vorgesehen ist, daß ferner die Drahtführungsdüse (4) unter einem vorgegebenen Winkel O4 in den Düsenaufnehmer (23) eingeschraubt ist, daß weite hin der Gasschutz (5) den Düsenhalter (1, 2, 23, 2 er die gesamte in die Nahtfuge eintauchende Länge allseitig umschließt und mit Bohrungen (7) versehen ist und daß der Gasschutz (5) vom Düsenhalter (1, 2, 23, 27) und vom Getriebegehäuse (16) elektrisch isoliert ist.
2. Engspaltschweißkopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Drahtführungsdüse (4) unter dem Winkel OC zwischen 30 und 150 gegenüber der Schweißkopfachse in den Düsenaufnehmer (23) eingeschraubt ist.
3. Engspaltschweißkopf nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gasschutz (5) ebenfalls wassergekühlt ist.
4. Engspaltschweißkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Isolierung (6) zwischen Gasschutz (5) und Düsenhaiter (1, 2, 23, 27) als Beschichtung auf dem Düsenhalter (1 2, 23, 27) vorgesehen ist.
5. Engspaltschweißkopf nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung aus einem keramischen Werkstoff besteht.
6. Engspaltschweißkopf nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung aus einem Kunststoffmaterial besteht.
7. Engspaltschweißkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Isolierung (6) zwischen Gasschutz (5) und Düsenhalter (1, 2, 23, 27) in Form einer Hülse ausgeführt ist.
8. Schweißkopf nach einem der vorhergehenden Anspruche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der unteren Stirnfläche des Sasschutzes (5) eine auswechselbare Schutzgasdüse (26) vorgesehen ist.
9. Engspaltschweißkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Wasseranschlußstück (27) kegelförmig ausgebildet ist.
10. Engspaltschweißkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,t daß die Indizierung (28) als Stift ausgebildet ist.
11. Engspaltschweißkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß im Wasseranschlußblock (3) mindestens eine Aufnahmenut (29) für den. Indizierungsstift (28) vorgesehen ist.
12. Engspaltschweißkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß im Gasschutz (5) Sensoren (30) zur Nahtführung vorgesehen sind.
13. Engspaltschweißkopf nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß induktiv wirkende, kapazitiv wirkende oder taktil wirkende Sensoren (30) vorgesehen sind.
14. Engspaltschweißkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß statt der Drahtführungsdüse (4) eine Wolframelektrode vorgesehen ist.