DE2945205C2

DE2945205C2 - Gerät zum Lichtbogenschweißen mittels nichtabschmelzender Elektroden

Info

Publication number: DE2945205C2
Application number: DE19792945205
Authority: DE
Inventors: Michail Michajlovi&ccaron; Moskva &Scaron;trikman; Vladimir Vasil'evi&ccaron; Krasnogorsk Moskovskaja oblast' Grinin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE2945205A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Lichtbogenschweißen mit einer mittels eines Schwingungsantriebs (15) um ihre Längsachse hin und her drehbaren, nicht abschmelzenden Elektrode (2) mit abgebogenem Arbeitsende und einem in dessen Nähe ziiführbaren Zusatzdraht (13), die in einem Schweißkopf (I) angeordnet sind, der sich automatisch längs der Werkstückkanten (44) und senkrecht zur Werkstückoberfläche führen läßt, sowie mit einem auf den Schwingungsantrieb (15) einwirkenden, die Lichtbogenlänge zu den Werkstückkanten (44) durch Begrenzung der Drehbewegung der Elektrode (2) konstant haltenden Regler (47). Ein solches Gerät ist aus dem SU-Erfinderschein 5 31 685 bekannt.

Lichtbogenschweißgeräte dieser Art dienen vor allem zum automatischen Mehrlagen-Lichtbogenschweißen unter Schutzgas von dickwandigen Stoßen mit steiler Kantenabschrägung, d. h. in verhältnismäßig engen und tiefen Spalten.

Bei der vorstehend genannten gattungsgemäßen Ausbildung führt die Elektrode während des Schweißvorganges Drehschwingungen aus, so daß das abgebogene Ende der Elektrode außer der Vorschubbewegung in Nahtrichtung auch noch hin- und hergehende Bewegungen längs eines Kreisbogens ausführt, wodurch die Wärme in bestimmter Weise auf die seitlichen Schweißkanten verteilt werden kann.

Der Regler der bekannten Ausbildung beeinflußt nur die Amplitude dieser Drehschwingungen der Elektrode. Hierzu wird vor dem Beginn des Schweißens durch Einstellung von Schaltern jeweils ein Paar von beidseits der Mittellage gelegenen Kontaktstiften aktiviert, welche mit einem zusammen mit der Elektrode beweglichen Kontakt in der Weise zusammenwirken, daß ein Drchschwingungsmotor umgesteuert wird, wenn die Bogcnspannung auf einen bestimmten Bezugswert abgesunken ist

Bei dieser Ausbildung ist eine automatische Auffüllung einer Naht mit hoher Schweißleistung, also durch Schweißen sowohl beim Hin- als auch beim Hergang, nicht möglich.

An sich ist aus der US-PS 41 36 273 ein Schweißgerät bekannt, bei dem zwei mit ihren Enden zueinander weisende nicht abschmelzende Elektroden mit in den Raum zwischen ihren Arbeitsenden zugeführtem Zusatzdraht die Schweißung in beiden Bewegungsrichtungen längs der Naht durchführen können. Dieses Gerät hat auch einen Schwingantrieb für den Schweißkopf, der jedoch diesen als Ganzes schwingen läßt, so daß von vornherein eine gesteuerte Wärmeverteilung nur bei oberflächigen Nähten oder Nähten geringer Tiefe möglich ist Die Steuerung der Wärmeverteilung durch Drehschwingungen von Elektroden mit abgebogenen Arbeitsenden ist hier von vornherein nicht vorgesehen. Im übrigen sind auch hier keine Regelungsmittel zum völlig automatischen Auffüllen der Nähte vorgesehen.

Ähnliches gilt für ein aus der DD-PS 1 22 790 bekanntes Schutzgas-Zweielektrodenschweißgerät mit unsymmetrisch zur Zusatzdrahtzuführungsstelle angeordneten nicht abschmelzenden Elektroden. Die durch ein Pendelgetriebe erzeugte Schwingbewegung der Elektroden ist eine translatorische, und eine gesteuerte Wärmeverteilung durch Drehschwingungen der Elektroden für sich ist nicht vorgesehen. Von vornherein haben auch hier die Elektroden keine abgebogenen Arbeitsenden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Geräts zum Lichtbogenschweißen, mit dem eine völlig automatische Auffüllung auch tiefer Nähte mit hoher Schweißleistung bei guier Nahtqualität möglich wird.

Ausgehend von dem eingangs genannten Gerät gelingt die Lösung dieser Aufgabe durch eine gleichartige zweite nicht abschmelzende Elektrode, die so gegenüber der ersten Elektrode angeordnet ist, daß die Zuführungsstelle des Zusatzdrahtes zwischen diesen liegt, sowie durch einen auf die senkrechte Führung des Schweißkopfes einwirkenden, die Lichtbogenlänge zur Naht konstant haltenden Regler und durch eine Steuerschaltung, die in Abhängigkeit von der Längsverschiebungsrichtung des Schweißkopfes die Spannung des jeweils dem Zusatzdraht nachfolgenden Schweißlichtbogens den Reglern als Regelgröße zuleitet.

An sich ist aus der US-PS 39 89 921 bekannt, beim Lichtbogenschweißen mit einer nicht abschmelzenden Elektrode und Zuführung eines Zusatzdrahtes die anstehende Lichtbogenspannung zu Steuerungszwecken zu verwenden. Dabei geht es um die Regelung bzw. Steuerung der Bogenlänge durch Vor- und Zurückbewegen der Elektrode, jedoch nicht bei einer Ausbildung wie der vorstehend vorausgesetzten und zur gesteuerten Wärmeverteilung zwischen Naht und Werkstückrändern.

Die erfindungsgemäße Ausbildung verwirklicht demgegenüber eine komplexe Regelung: Die beiden Regler wirken abwechselnd in der Weise, daß in den Schwin=

bo gungsendslellungen der Elektroden, wenn deren Arbeitsenden sich in größter Nähe der Werkstückkanten befinden, die dann herrschende (niedrigere) Bogenspannung im Regler zur Gewinnung der die Schwingungsimplilude der Elektroden bestimmenden Stellgröße verarbeitet wird, während die beim Durchgang der Elektroden durch ihre mittlere Lage herrschende (größere) Bogcnspannung, also wenn die Bögen zum Boden der Naht hin brennen, in dem zweiten Regler /iir Ge-

winnung einer Stellgröße für die Scnkrcchiverstellung des Schweißkopfs und damit des Abstands der Elektrodenenden von der Nahtoberfläche verarbeitet wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein völlig automatisches Auffüllen tiefer Nähte durch eine Vielzahl von produktiven Hin- und Hergängen möglich. Dabei verbessern swrh durch die Änderung der Schweißrichtung jeder Nahtlage bezüglich der vorhergehenden Lage die Kristallisationsbedingungen für das Nahtmetall, das .Tür Verringerung der Verformungen beiträgt und die Güte der Schweißverbindung verbessert.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Gerät zum Lichtbogenschweißen mit nicht abschmelzenden Elektroden im Schnitt längs des SchweiSstoßes;

F i g. 2 das Gerät gemäß F i g. 1 im Schnitt rechtwinklig zum Schweißstoß;

F i g. 3 das Schaltschema des Lichtbogenschvieißgeräts;

F i g. 4 die elektrische Prinzipschaltung des Umkehrgetriebes für die Längsverschiebung des Schweißkopfes;

F i g. 5 die elektrische Prinzipschaltung zur Speisung des Schweißstromkreises;

Fig.6 das Getriebeschema des Schwingungsgetriebes der nicht abschmelzenden Elektroden.

Das Gerät zum Lichtbogenschweißen hat einen Schweißkopf 1, in dem nicht abschmelzende Elektroden 2 und 3 mit abgebogenen Arbeitsenden mit Hilfe von geschlitzten Zangen 4 bzw. 5 und Oberwurfmuttern 6 bzw. 7 in stromzuführenden Haltern 8 bzw. 9 eingespannt sind. Die Halter 8 und 9 sind in wassergekühlten isolierten Hülsen 10 und 11 unter einem Winkel zu einem Kanal 12 angelenkt, durch den ein Zusatzdraht 13 vorschiebbar ist Die Hülsen 10 und 11 sind am Gehäuse 14 des Schweiükopfes 1 starr befestigt

Das Gerät hat einen Schwingungsantrieb 15 für die nicht abschmelzenden Elektroden, der am Gehäuse 14 des Schweißkopfes 1 starr befestigt ist Er ist kinematisch mit den nicht abschmelzenden Elektroden 2 und 3 über Zahnräder 16,17,18,19 und 20 verbunden, wobei die letzteren an den oberen Enden dei stromzuführenden Halter 8 und 9 befestigt sind.

Das Zahnrad 18 hat eine verlängerte Achse 21, die einen Dauermagneten 22 trägt, welcher zu einem am Gehäuse 14 des Schweißkoj/fes 1 angeordneten Winkelstellungsgeber 23 für die Elektroden gehört Der Geber 23 hat magnetisch gesteuerte Kontakte 24, 25 und 26, die die Achse 21 in einem Abstand umgeben, der ihr Ansprechen bei der Wechselwirkung mit dem Dauermagneten 22 gewährleistet

Das Gehäuse 14 hat eine Senkrechtvorschubvorrichtung 29 für den Schweißkopf 1 aus einer Mutter 27 und einer Spindel 28. Die Vorrichtung 29 ist auf einer beweglichen Plattform 30 starr befestigt, die mit einer unbeweglichen Plattform 31 kraftschlüssig verbunden ist.

Darüber hinaus trägt die Plattform 30 eine Längsvorschubvorrichtung 32 für den Schweißkopf 1 aus einem Schneckentrieb 33 und einem Zahnrad 34, welches mit einer auf der Plattform 31 befestigten Zahnstange 35 kämmt.

Auf der Plattform 31 sind gasdichte Laschen 36 und 37 und Endschalter 38, 3t befestigt, mit denen Nocken 40 bzw. 41 zusammenwirken, welche einstellverschieblich auf der Plattform 30 angeordnet sind. Die Endschalter 38,39 und die Nocker. &>, 41 gehören zu einer Um kehreinrichtung 42 für die Längsverschiebung des Schweißkopfes.

Die Positionierung des Geräts bezüglich der zu legenden Naht 43 geschieht in der Weise, daß die Elektroden 2, 3 und der Zusatzdraht 13 zwischen den Werkstückkanten 44 und 45 eines Werkstücks 46 liegen.

Zur automatischen Durchführung des Schweißvorganges mit einem kurzen Lichtbogen enthält das Gerät einen Regler 47 für die Lichtbogenlänge zu den Werk-

stückkanten 44,45 und einen Regeler 48 für die Lichtbogenlänge zur Naht 43.

Der Regler 47 hat eine Vergleichsschaltung 49, an die zwei Schalter 50 und 51 angeschlossen sind. Der Regler 48 hat eine Vergleichsschaltung 52, an die ein Schalter 53 angeschlossen ist An die Schalter 50 und 51 ist der Schwingantrieb 15 der nicht abschmelzenden Elektroden, und an den Schalter 53 ist ein Antrieb 54 der Senkrechtvorschubvorrichtung 29 des Schweißkopfs 1 angeschlossen. Die Schalter 50,51 und 53 s*id von den ma- gnetisch betätigten Kontakten 24,25,26 gesteuert Die Vorrichtung 29 weist auch zwei Schalter 55,-56 auf, die mit dem Kopf 1 kraftschlüssig verbunden sind.

Mit dem Kopf 1 ist die Längsvorschubvorrichtung 32 für den Scfiweißkopf verbunden. Auf die Vorrichtung 32 wirkt die Umkehreinrichtung 42 für die Längsverschiebung des Schweißkopfes, die aus einer Steuerschaltung 57 für die Umkehr und den nockenbetätigten Endschaltern 38,39 besteht An die Schaltung 57 der Umkehreinrichtung 42 ist ein Umschalter 58 angeschlossen, der jeweils das Signal der Spannung des Schweißlichtbogens 59 oder 60 zur Vergleichsschaltung 49 des Reglers 47 und zur Vergleichsschaltung 52 des Reglers 48 durchläßt Die Steuerschaltung 57 für die Umkehr enthält zwei Relais 61, 62 (F i g. 4), die elektrisch mit den Endschaltern 38 und 39 verbunden sind. Normal offene Kontakte 63 und 64 und normal geschlossene Kontakte 65 und 66 sind elektrisch mit dem Elektroantrieb 32 und mit den SchaJ-'srn 38,39 gekoppelt

Zur Speisequelle der Elektroden 2 und 3 gehören Schweißstromregler 67 und 68 (F i g. 5). Normal offene Kontakte 69 und 70 des Relais 61 bzw. 62 gehören zum Umschalter 58 und sind elektrisch mit den Reglern 67 bzw. 68, den Elektroden 2 bzw. 3 und den Vergleichs schaltungen 49 und 52 der Regler 47 bzw. 48 verbunden.

Fig.6 zeigt noch ein Getriebeschema für den Schwingantrieb der nicht abschmelzenden Elektroden 2

und 3.

Der Betrieb des beschriebenen Geräts verläuft wie

so folgt:

Die Elektroden 2 und 3 werden mit der erforderlichen Ausladung in den Zangen 4 und 5 eingespannt und mit Hilfe der Muttern 6 und 7 derart fixiert, daß ihre abgebogenen Arbeitsenden zum Zusatzdraht 13 zeigen und mit diesem in einer Ebene liegen. Der Abstand von den Elektrodenspitzen bis zum Zusatzdraht 13 soll dabei von 5 bis 7 mm betrafen.

Vor der Einstellung und Befestigung der Elektroden 2 und 3 wird die Achse des Dauermagneten 22 auf den magnetisch gesteuerten Kontakt 25 am Winkeistel lungsgeber 23 ausgerichtet, so daß dieser immer beim

Zusammenfallen der abgebogenen Arbeitsenden der Elektroden 2 und 3 mk der Achse der Naht 43 anspricht. Danach wird das Gerät eingestellt und am Werkstück

46 in der Weise befestigt, daß die Ebene, in der die Elektroden 2 und 3 und der Zusatzdraht 13 liegen, mit dem Verlauf des Schweißstoßes zusammenfällt Nach der Befestigung des Geräts am Werkstück 46

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wird die Umkehreinrichtung 42 für die Längsverschiebung des Schweißkopfes 1 eingestellt. Hierzu werden die Nocken 40,41 in Abhängigkeit von der Länge der zu legenden Naht 43 positioniert und festgesetzt. Dann wird der Schweißkopf 1 samt der beweglichen Plattform 30 in eine der Endstellungen gebracht, beispielsweise bis zur Betätigung des Schalters 38.

Jetzt kann der Schweißbetrieb beginnen. Hierzu werden Schutzgas und Kühlwasser zugeführt und mit Hilfe eines als Schweißstromquelk dienenden Oszillators elektrische Schweißlichtbögen 59,60 zwischen den (auf gleichem Potential liegenden) Elektroden 2 und 3 und dein Werkstück 46 gezündet. Der Strom der Schweißbögen 59 und 60 liegt bei / = 10 bis 2OA. Nach der Stabilisierung der Lichtbogenentladung an den Elektroden 2 und 3 wird der Wert des Stroms /der Lichtbogen 59 und 60 auf den Arbeitswert erhöht.

'wtzt werde*· syiwansndsrfoi^s™^ A^r ζ/*κ»»»ίη#το«»»·ίοκ 15 der Elektroden 2 und 3, der Regler 47 für die Lichtbogenlänge zu den Werkstückkanten 44,45 und der Regler 48 für die Lichtbogenlänge zur Naht 43 sowie eine Vorschubvorrichtung für den Zusatzdraht 13 und die Längsvorschubvorrichtung 32 für den Schweißkopf 1 eingeschaltet Da der Schweißkopf 1 in einer der Endstellungen steht und der Schalter 38 geschlossen ist, wird der Speisestromkreis des Relais 61 ein- und der Speisestromkreis des Relais 62 über den Kontakt 65 abgeschaltet Das Relais 61 schaltet über seine Kontakte 63 die Längsvorschubvorrichtung 32 sowie über den normal offenen Kontakt 69 die Regler 47 und 48 so ein, daß sie von der Spannung an der Elektrode 2 beaufschlagt werden, d. h. von der Spannung des Lichtbogens 59, der bei dem betrachteten Gang dem Zusatzdraht 13 nachfolgt.

Der Schweißkopf 1 bewegt sich vom Endschalter 38 zum Endschalter 39. und die erste Lage der Naht 43 wird geschweißt Während des Schweißvorgangs wird die Spannung am Lichtbogen 59 von der dem Zusatzdraht 13 nachfolgenden Elektrode 2 auf die Vergleichsschaltung 49 des Reglers 47 und auf die Vergleichsschaltung 52 des Stabilisators 48 gegeben. In der Vergleichsschaltung 49 wird sie mit einem (in Fig.3 durch einen Pfeil angedeuteten) ersten Bezugssignal und in der Vergleichsschaltung 52 mit einem (ebenfalls durch Pfeil angedeuteten) zweiten Bezugssignal verglichen. Die Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen gelangen zu dem jeweiligen Stellglied 15 bzw. 29 über die Schalter 50,51 und 53, die vom Winkelstellungsgeber 23 wechselweise leitend geschaltet werden, wenn die Arbeitsenden der Elektroden 2 uriJ 3 jeweils zur Werkstückkante 44 bzw. 45 weisen bzw. auf der Achse der Naht 43 liegen.

Der Regler 48 arbeitet periodisch, wenn der magnetisch gesteuerte Kontakt 25 vom Dauermagneten 22 eingeschaltet wird, und es wird der dann zur Naht 43 hin brennende Lichtbogen, d h. die Höhe des Arbeitsendes der Elektrode 2 über der Oberfläche der Naht 43 automatisch durch pulsierende Einschaltung des Senkrechtvorschubantriebs 54 konstant gehalten.

Die Vergleichsschaltung 49 des Reglers 47 vergleicht die Spannung des zu den Werkstückkanten 44 bzw. 45 brennenden Lichtbogens 59 bei geschlossenem Kontakt 24 bzw. 26 und gibt jeweils einen Befehl zur Umsteuerung der Drehung der Elektroden 2 und 3, wenn der Wert dieser Spannung unter den auf der Achse der Naht 43 und auf den Vorgabewert abfällt.

Auf solche Weise erfolgt bei der Schweißung der ersten Lage eine Stabilisierung der Länge des Lichtbogens, sowohl wenn dieser zu den Werkstückkanten brennt, nämlich durch Änderung des Schwingungswinkels der Elektroden 2 und 3, als auch wenn dieser zur Naht 43 hin brennt, nämlich durch diskreten Betrieb des Reglers 48.

Bei der Annäherung des Schweißkopfes 1 an das Ende des Stoßes des Werkstücks 46, nämlich wenn der Zusatzdraht 13 auf 7 mm bis IO mm an das Werkstückende herankommt, betätigt der Nocken 41 den Endschalter 39. Hierbei schalten die Relais 61 und 62 um (das Relais 62 zieht an und das Relais 61 fällt ab), und es erfolgt die Umsteuerung der Längsvorschubvorrichtung 32. Der Schweißkopf 1 fängt an, sich in entgegengesetzter Richtung vom Endschalter 39 zum Endschalter 38 zu bewegen, und es wird die zweite Lage der Naht 43 geschweißt. Bei der Umsteuerung der Vorrichtung 32 schalten die Kontakte 70 des Relais 62 die Regler 48 und 47 an das Spannungssignal vom Lichtbogen 60 der Elektrode 3, welche bei der jetzigen Bewegungsrichtung dem Zusatzdraht 13 folgt.

Wenn auch die zweite Lage geschveißt ist und der Schweißkopf 1 sich wieder dem Anfang des Stoßes des Werkstücks 46 nähert, betätigt der Nocken 40 den Endschalter 38, und es erfolgt die nächste Umsteuerung der Längsverschiebung des Schweißkopfs 1 und das Schweißen der nächsten Lage der Naht 43. So wird bei hin- und hergehender Bewegung des Schweißkopfes 1 allmählich die Schweißfuge vollständig aufgefüllt, wonach der Schweißvorgang aufhört. Die Vertikalverschiebung des Schweißkopfes 1 wird in dem Maße, wie die Naht 43 die Fuge füllt, durch den Regler 48 mittels Konstantregelung der Längen der Lichtbögen 59 und 60 auf der Achse der Naht 43 verwirklicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Gerät zum Lichtbogenschweißen mit einer mittels eines Schwingungsantriebs (15) um ihre Längsachse hin und her drehbaren, nicht abschmelzenden Elektrode (2) mit abgebogenem Arbeitsende und einem in dessen Nähe zuführbaren Zusatzdraht (13), die in einem Schweißkopf (1) angeordnet sind, der sich automatisch längs der Werkstückkanten (44, 45) und senkrecht zur Werkstücksoberfläche führen läßt, sowie mit einem auf den Schwingungsantrieb (15) einwirkenden, die Lichtbogenlänge zu den Werkstückkanten (44, 45) durch Begrenzung der Drehbewegung der Elektrode (2) konstant haltenden Regler (47).

gekennzeichnet durch eine gleichartige zweite nicht abschmelzende Elektrode (3), die so gegenüber der ersten Elektrode (2) angeordnet ist, daß die Zuführungssieiie des Zusatzdrahtes (13) zwischen dieser. Hegt sowie durch einen auf die senkrechte Führung des Schweißkopfes (1) einwirkenden, die Lichtbogenlänge zur Naht (43) konstant haltenden Regler (48) und durch eine Steuerschaltung (57), die in Abhängigkeit von der Längsverschiebungsrichtung des Schweißkopfes (1) die Spannung des jeweils dem Zusatzdrahtes (13) nachfolgenden Schweißlichtbogens (59 bzw. 60) den Reglern (47,48) als Regelgröße zuleitet