CH624866A5

CH624866A5 -

Info

Publication number: CH624866A5
Application number: CH75578A
Authority: CH
Inventors: Leonhard Poth; Peter Dr Hildebrandt; Rudolf Pawlik; Horst Klett
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1977-01-26
Filing date: 1978-01-24
Publication date: 1981-08-31
Also published as: JPS53104554A; SE7800873L; IT1092461B; FR2378597B1; DE2703113B2; GB1584017A; DE2703113A1; US4302656A; NL7800914A; DE2703113C3; FR2378597A1; IT7819580A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweissbrenners in Abhängigkeit von der Änderung des Abstandes zwischen dem Niveau der Schweissbadoberfläche und dem ihr benachbarten Niveau der Werkstückoberfläche, wobei als Regelgrösse die Änderung der Lichtbogenspannung verwendet wird.

In der Schweisstechnik ist es bekannt, mit Hilfe der Lichtbogenspannung über eine Spannungssteuerung den Abstand zwischen dem Elektrodenende und der Schweissbadoberfläche konstant zu halten und so bei hoher Schweissgeschwindigkeit eine möglichst gleichbleibende Schweissnahtgüte zu erzielen. Dabei wird bei einer Abstandsänderung Elektrodenende/ Schweissbadoberfläche über die dann veränderte Lichtbogenspannung eine Höhenverstellung des Elektrodenendes vorgenommen, so dass der ursprüngliche Abstand wieder erreicht und eingehalten wird.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass auch bei einem Absinken der Schweissbadoberfläche gegenüber dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche der Abstand Elektrodenende/Schweissbadoberfläche immer konstant gehalten und die Leistung des Schweissbrenners nicht verändert wird. Dies führt zu einer immer dünner werdenden Schweissnaht mit einem grösseren Durchhang der Schweisswurzel auf der dem Schweissbrenner abgewandten Seite der Schweisswurzel auf der dem Schweissbrenner abgewandten Seite der zu verschweissenden Werkstücke, was letztlich mit einem Durchbrechen der Schweissung endet. Ein solches Durchbrechen der Schweissung wird bisher dadurch verhindert, dass die zu schweissende Fuge beispielsweise mit einer Metallplatte hinterlegt wird. Eine solche Hinterlegung der Schweissfuge ist jedoch zeitraubend, umständlich und in manchen Fällen überhaupt nicht durchführbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines Lichtbogens-Schweissbren-ners der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, mit dem ohne Hinterlegung der zu schweissenden Fuge mit einem Stützelement ein Absinken der Schweisswurzel auf einfache Weise sicher vermieden und eine qualitätsmässig einwandfreie Schweissung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Abstand zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche konstant gehalten wird.

Mit dem Konstanthalten des Abstandes zwischen Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche wird erreicht, dass sich bei einer Änderung des Niveaus der Schweissbadoberfläche gegenüber dem ihr benachbarten mittleren Niveau der Werkstückoberflächen eine Längenänderung des Lichtbogens und damit eine Änderung der Lichtbogenspannung ergibt, die als Regelgrösse für die Leistung des Schweissbrenners eingesetzt werden kann.

Vorteilhafterweise wird bei einer Erhöhung der Lichtbogenspannung, die infolge des Konstanthaltens des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche einer Verlängerung des Lichtbogens entspricht und die ein Absinken der Schweissbadoberfläche gegenüber dem Niveau der benachbarten Werkstückoberfläche anzeigt, die Leistung des Schweissbrenners herabsetzt, so dass ein Durchbrechen der Schweisswurzel auf der dem Schweissbrenner abgewandten Seite der zu verschweissenden Teile nicht möglich ist.

Weiter kann vorteilhaft die Regelgrösse zur Beeinflussung der Schweissparameter verwendet werden. Dabei ist es besonders zweckmässig, als zu beeinflussenden Schweissparameter die Schweissstromstärke heranzuziehen. Es können jedoch auch andere Schweissparameter, wie die Schweissgeschwindigkeit oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit bei einer Änderung der Lichtbogenspannung geregelt werden.

Die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche lässt sich auf einfache Weise auf mechanischem Wege erreichen. Beispielsweise können dazu Rollen eingesetzt werden, die auf der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche geführt werden und mit dem Schweissbrenner über Hebelarme konstanter Länge verbunden sind.

Ebenso kann eine Konstanthaltung dieses Abstandes aber auch auf elektrischem Wege, beispielsweise induktiv, erfolgen.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und weist einen Schweissbrenner, eine Regeleinrichtung, eine mit der Regeleinrichtung

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in Verbindung stehende Spannungsmesseinrichtung und vorteilhafterweise einen Sollwertgeber für die Lichtbogenspannung, ein Vergleichsglied sowie an dem Schweissbrenner eine Einrichtung zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche auf. Sowohl der Sollwertgeber als auch die Spannungsmesseinrichtung stehen über das Vergleichsglied mit der Regeleinrichtung in Kontakt.

Mit dieser Anordnung der Vorrichtung ist es möglich, bei festgelegtem Abstand zwischen Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche einen Sollwert für die Lichtbogenspannung, der die besten Schweissergebnisse erlaubt, vorzugeben und diesen Sollwert mit einem tatsächlich gemessenen Wert für die Lichtbogenspannung, dem Istwert der Lichtbogenspannung, zu vergleichen. Bei einer Differenz zwischen Sollwert und Istwert der Lichtbogenspannung kann dann über die Regeleinrichtung die Leistung des Schweissbrenners beeinflusst werden. Auf diese Weise wird die Schweissbadoberfläche in bezug zu der benachbarten Werkstückoberfläche auf konstanter Höhe gehalten und die Gefahr des Durchbrechens der Schweissung vermieden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung kann die Einrichtung an dem Schweissbrenner zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche aus einem quer zur Schweissfuge angeordneten Träger bestehen, an dem dann der Schweissbrenner pendelnd über der Schweissfuge aufgehängt ist, und aus auf Rollen angeordneten Stützelementen, wobei der Träger auf den Stützelementen gelagert ist und die Rollen parallel zur Schweissfuge auf der Werkstückoberfläche abrollen. Mit dieser Aufhängung des Schweissbrenners richtet sich, falls sich die Oberflächen der zu verschweissenden Werkstücke auf verschieden hohem Niveau befinden, der Abstand zwischen dem Elektrodenende und den dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberflächen nach dem Niveau beider Werkstückoberflächen, so dass ein mittlerer Abstandswert zwischen Elektrodenende und den beiden Werkstückoberflächen eingehalten werden kann.

Ebenso können zur Konstanthaltung dieses Abstandes auf elektrischem Wege elektrische Messfühler zu beiden Seiten der Schweissfuge die Werkstückoberfläche abtasten.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des er-findungsgemässen Verfahrens dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweissbrenners und

Fig. 2 eine mögliche Brenneranordnung zur mechanischen Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche.

In dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild ist mit 1 eine Einrichtung zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche bezeichnet. Beispielsweise können als Einrichtung 1 elektrische Messfühler, die entlang den dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberflächen geführt werden und die mit einer Nachlaufsteuerung zur Höhenverstellung des Schweissbrenners in Verbindung stehen, verwendet werden. Ebenso kann die Einrichtung 1 aber auch als Rolle, die mit dem Schweissbrenner über einen Hebelarm in direktem Kontakt stehen, ausgebildet sein. Der mit der Einrichtung 1 festgelegte Abstand zwischen Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberflächen wird an einen Sollwertgeber 2 für die Lichtbogenspannung weitergegeben, der in Abhängigkeit dieses Abstandswertes einen für den Schweissvorgang optimalen Sollwert der Lichtbogenspannung vorgibt. Da die Lichtbogenspannung der Lichtbogenlänge entspricht, wird damit auch der günstigste Abstand des Elektrodenendes zu der Schweissbadoberfläche vorgegeben.

Mit 3 ist eine Einrichtung bezeichnet, mit der der tatsächliche Abstand zwischen Elektrodenende und Schweissbadoberfläche gemessen wird, wobei die Lichtbogenspannung selbst als Messwert verwendet wird. Dieser Istwert der Lichtbogenspannung ändert sich beispielsweise bei einem Absinken der Schweissbadoberfläche und damit der Schweisswurzel bei festgehaltenem Abstand zwischen Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche durch die Einrichtung 1.

Die durch den Sollwertgeber 2 vorgegebenen und mit dem Istwertgeber 3 ermittelten Werte der Lichtbogenspannung werden anschliessend in einem Vergleichsglied 4 miteinander verglichen. Eine sich ergebende Differenz des Sollwertes mit dem Istwert der Lichtbogenspannung wird als Regelgrösse an eine Regeleinrichtung 5 zur Regelung der Leistung des Schweissbrenners weitergegeben. Mit der Regeleinrichtung 5 kann die Stromstärke, die Schweissgeschwindigkeit oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit geändert werden.

In der Fig. 2 sind mit 10 und 11 zwei miteinander zu ver-schweissende Metallplatten bezeichnet, deren Schweisskanten abgeschrägt sind, so dass eine V-förmige Schweissfuge 12 entsteht, in der die Schweissbadoberfläche durch das Bezugszeichen 13 angedeutet ist. Die V-Form der Schweissfuge 12 ist nur beispielhaft.

Über der Schweissfuge 12 ist an einem Träger 17, der quer zur Schweissfuge 12 verläuft, ein Lichtbogenschweissbrenner 14 mittels eines Gelenkes 16 pendelnd aufgehängt. Der Träger 17 ruht ebenso über Gelenke 18,18a auf Stützelementen 19, 19a, die auf Rollen 20, 20a auf der Oberfläche der Metallplatten 10,11 parallel zur Schweissfuge 12 entsprechend der Schweissgeschwindigkeit vorwärts bewegt werden.

Die Höhe der Stützelemente 19,19a und der Aufhängepunkt des Schweissbrenners an dem Träger 17 bestimmen den Abstand des Endes der Schweisselektrode 15 zu dem Niveau der der Schweissfuge 12 benachbarten Oberflächen der Metallplatten 10,11. Durch die Gelenkverbindung des Trägers 17 mit den Stützelementen 19,19a und die pendelnde Aufhängung 16 des Schweissbrenners 14 an dem Träger 17 wird erreicht, dass bei ungleichem Niveau der Oberflächen der Metallplatten 10,11 ein mittlerer Abstandswert zwischen Elektrodenende und den beiden Oberflächen der Metallplatten 10, 11 eingehalten werden kann und der Schweissbrenner 14 immer über der Mitte der Schweissfuge 12 verbleibt. Zur Vermeidung eines seitlichen Auswanderns der Stützelemente 19,19a können diese über einen weiteren, in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichneten Träger, der ebenso über Gelenke an die Stützelemente 19, 19a angelenkt ist, miteinander verbunden sein.

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1. Verfahren zur Regelung der Leistung eines Lichtbo-gen-Schweissbrenners in Abhängigkeit von der Änderung des Abstandes zwischen dem Niveau der Schweissbadoberfläche und dem ihr benachbarten Niveau der Werkstückoberfläche, wobei als Regelgrösse die Änderung der Lichtbogenspannung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erhöhung der Lichtbogenspannung die Leistung des Schweissbrenners herabgesetzt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgrösse zur Beeinflussung der Schweiss-stromstärke verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche auf mechanischem Wege vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad benachbarten Werkstückoberfläche auf elektrischem Wege erfolgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Schweissbrenner, einer Regeleinrichtung und einer mit der Regeleinrichtung in Verbindung stehenden Spannungsmesseinrichtung, gekennzeichnet durch einen Sollwertgeber (2) für die Lichtbogenspannung und ein Vergleichsglied (4), wobei sowohl der Sollwertgeber (2) als auch die Spannungsmesseinrichtung (3) über das Vergleichsglied (4) mit der Regeleinrichtung (5) in Kontakt stehen, sowie eine Einrichtung (1) an dem Schweissbrenner (14) zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau von dem Schweissbad (13) benachbarten Werkstückoberflächen (10,11).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweissbad (13) benachbarten Werkstückoberflächen (10, 11) aus einem quer zur Schweissfuge (12) angeordneten Träger (17), an dem der Schweissbrenner (14) pendelnd über der Schweissfuge (12) aufgehängt ist, und aus auf Rollen (20,20a) angeordneten Stützelementen (19,19a) besteht, wobei der Träger (17) auf den Stützelementen (19,19a) gelagert ist und die Rollen (20,20a) parallel zur Schweissfuge (12) auf der Oberfläche der zu verschweissenden Werkstücke (10,11) abrollen.