DD213869A1

DD213869A1 - AUTOMATIC WELDING OF PIPE SUPPLIES IN VESSELS

Info

Publication number: DD213869A1
Application number: DD24853083A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Rainer Schulze
Original assignee: Zi F Schweisstechnik D Ddr
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1984-09-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das automatische Einschweissen von Rohrstutzen in eine Behaelterwand. Ziel ist die Schaffung einer Einrichtung, die das Einrichtung , die das Einschweissen der Rohrstutzen auf einfache Weise und mit guter Schweissqualitaet ermoeglicht. Die Einrichtung ist so zu gestalten, dass unter Zuhilfenahme geeigneter Sensoren die in Hoehe und seitlicher Lage toleranzbehafteten Positionen der Rohrstutzen vollautomatisch aufsuchbar sind. Erfindungsgemaess ist ein in Wirkverbindung mit einem Programmspeicher stehender Schweisskopf vorgesehen, der mit einer durch die Programmsteuerung verstellbaren und den Schweissbrenner tragenden Radiusachse ausgeruestet ist, die mit einer absenkbaren Rotationsachse in Verbindung steht, wobei sich in Verlaengerung der Rotationsachse ein elastisch verformbares Deformationsrohr anschliesst, das einerseits direkt mit der Potationsachse und anderseits mit einem massiven konzentrischen Kreiskegel ueber einen Drucksensor fast verbunden ist und der Kreiskegel ueber einen dem Rohrstutzen angepassten Durchmesser und Oeffnungswinkel verfuegt, die gewaehrleisten, dass der das Deformationsrohr in Schweissrichtung begrenzende Kreiskegel sich formschluessig auf dem Rohrstutzenrand abstuetzt.The invention relates in particular to the automatic welding of pipe socket in a Behaelterwand. The aim is to create a device that allows the device, the welding of the pipe socket in a simple manner and with good welding quality. The device is to be designed so that with the help of suitable sensors, the height and lateral position tolerant afflicted positions of the pipe socket are fully automatically searchable. According to the invention, a welding head is provided which is operatively connected to a program memory and which is equipped with a radius axis adjustable by the program control and carrying the welding torch, which is connected to a lowerable axis of rotation, whereby an elastically deformable deformation tube adjoins the axis of rotation directly with the potation axis and on the other hand with a solid concentric circular cone via a pressure sensor is almost connected and the circular cone has a pipe socket adapted diameter and opening angle, which ensure that the deformation tube in the welding direction limiting circular cone formschlüssig on the pipe socket edge supports.

Description

-Λ--Λ-

Automatisches Einschweißen von Rohrstutzen in BehälterAutomatic welding of pipe sockets into containers

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automatischen Einschweißen von Rohrstutzen geringer Durchmesser in eine Behälterwand, insbesondere bei der Fertigung von Dampfkesseln und -Sammlern, wobei das Verbinden der Schweißteile mittels einer Kehlnaht und unter Zuhilfenahme geeigneter Sensoren sowie eines Programmspeichers, vorzugsweise eines Schweißroboters, erfolgt,-The invention relates to a device for automatically welding pipe nozzles of small diameter in a container wall, in particular in the production of steam boilers and collectors, wherein the joining of the welds by means of a fillet weld and with the aid of suitable sensors and a program memory, preferably a welding robot, takes place,

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, .daß - abgesehen vorn Problem der Durchdringungen beim Verschweißen annähernd gleichgroßer Rohre - die in eine Behälterwand einzuschweißenden und vorbereiteten Rohrstutzen zunächst von Hand an den dafür in der Behälterwand vorgesehenen Öffnungen durch eine Heftschweißung zu fixieren und anschließend mit Hilfe eines um den einzelnen Rohrstutzen rotierenden Lichtbogenschweißbrenners einzuschweißen.It is known .Daß - apart from the problem of penetrations when welding approximately equal pipes - to be welded into a container wall and prepared pipe socket first by hand to the openings provided in the container wall by a tack weld and then with the help of one to the individual Welded pipe socket rotating arc welding torch.

Da die Positionen der einzelnen öffnungen und damit die der Rohrstutzen mit Toleranzen behaftet sind, ist es bisher erforderlich, den Schweißkopf durch eine von Hand vorgenommene Einsteuerung in der Höhe und den Seiten so zu positionieren , daß insbesondere seine Rotationsachse mit der Zylinderachse des einzuschweißenden Rohrstutzen übereinstimmt. Anderenfalls muß bei einer fest programmierten Schweißkopfposition der Radius der Brennerrotation: mit geeigneten Mitteln laufend verändert werden, damit der Lichtbogen exakt in der Schweißfuge läuft, da bereits geringe Fehlpositionierungen der Schweißnaht hier zu erheblichen Qualitätsmängeln führen können.Since the positions of the individual openings and thus of the pipe sockets are subject to tolerances, it has hitherto been necessary to position the welding head in the height and the sides by a manual adjustment in such a way that, in particular, its axis of rotation coincides with the cylinder axis of the pipe socket to be welded , Otherwise, in the case of a permanently programmed welding head position, the radius of the burner rotation must be constantly changed with suitable means so that the arc runs exactly in the welding joint, since even slight incorrect positioning of the weld seam can lead to considerable quality defects here.

Der wesentliche Nachteil.der beschriebenen Arbeitsweise liegt einfach darin, daß einmal die von Hand vorgenommene Einsteuerung jeder einzelnen RohrStutzenpositionen an einem Behälter eine Automatisierung des Gesamtprozesses verhindert, zum anderen versagt eine selbsttätige Radiennachführung mittels Rollen oder berührungsloser Abstandssensoren in dem Fall, wo es.sich um geringe Rohrstutzendurchmesser von vorzugsweise 20 bis 80 mm handelt, die jedoch in . der Industrie besonders häufig vorkommen.The main disadvantage of the described method of operation is simply that once the manual adjustment of each individual pipe socket positions on a container prevents automation of the overall process, on the other fails an automatic Radiennachführung using rollers or non-contact distance sensors in the case where it ums small pipe socket diameter of preferably 20 to 80 mm, but in. especially common in industry.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch die Erfindung ist eine Einrichtung zu schaffen, die das Einschweißen von Rohrstutzen geringer Durchmesser in eine Behälterwand auf einfache V/eise mit einer guten Schweißqualität ermöglicht.The invention provides a device which allows the welding of pipe socket small diameter into a container wall in a simple way with a good quality welding.

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum automatischen Einschweißen von Rohrstutzen geringer Durchmesser, vorzugsweise von 20 bis 80 mm, in eine Behälterwand zu entwickeln, wobei diese so zu gestalten ist, daß unter Zuhilfenahme geeigneter Sensoren die in Höhe und seitlichen Lage toleranzbehafteten Positionen der gehefteten Rohrstutzen vollautomatisch durch den Schweißkopf aufsuchbar sind und nachfolgend die Rohrstutzen mittels einer kreisrunden Kehlnaht verbunden werden können.The invention has for its object to develop a device for automatically welding pipe socket small diameter, preferably from 20 to 80 mm, in a container wall, which is to be designed so that with the aid of suitable sensors in the height and lateral position tolerant positions the stapled pipe socket are fully automatically searchable by the welding head and subsequently the pipe socket can be connected by means of a circular fillet weld.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß ein in Wirkverbindung mit einem.Programmspeicher stehender Schweißkopf vorgesehen ist, der mit einer durch die Programmsteuerung verstellbaren und den Schweißbrenner tragenden Radiusachse ausgerüstet Bt, die mit einer absenkbaren Rotationsachse in Verbindung steht, wobei sich in Verlängerung der Rotationsachse ein elastisch verformbares Deformationsrohr anschließt, das einerseits direkt mit der Rotationsachse und andererseits mit einem massiven konzentrischen Kreiskegel über einen Drucksensor fest verbunden ist und der Kreiskegel über einen dem Rohrstutzen angepaßten Durchmesser und Öffnungswinkel verfügt, die gewährleisten, daß der das Deformationsrohr in Schweißrichtung begrenzende Kreiskegel sich formschlüssig auf dem Rohr-The object of the invention is achieved in that according to the invention a standing in operative connection with ein.Programmspeicher welding head is provided with an adjustable by the program control and the welding torch supporting radius axis Bt, which is in communication with a lowerable axis of rotation, extending in extension the axis of rotation adjoins an elastically deformable deformation tube, which is firmly connected on the one hand directly to the rotation axis and on the other hand with a solid concentric circular cone via a pressure sensor and the circular cone has a diameter adapted to the pipe socket and opening angle, which ensure that the limiting the deformation tube in the welding direction Circular cone form-fitting on the pipe

stutzenrand abstützt«supporting the edge of the nozzle «

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung, bei der die eigentlichen-zeichnungsgemäßen-Scllpositionen aller an einer Rohrwand'einzuschweißenden Rohrstutzen sowie deren Länge und Durchmesser im Programmspeicher, vorzugsweise eines Schweißroboters, abgelegt werden und durch letzteren der Schweißkopf jeweils in eine durch diese Daten bestimmte Grobposition oberhalb jedes einseinen senkrecht stehenden, gegebenenfalls durch eine entsprechende Werkstückdrehung, RohrStutzens bewegt wird. Sodann wird der Schweißkopf, der außer mit einer durch die Programmsteuerung verstellbaren und den Schweißbrenner tragenden Radiusachse mit einem an sich bekannten Fügesensor in Form eines senkrecht angeordneten elastisch verformbaren und mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Deformationsrohres ausgerüstet ist, das in Verlängerung der Rotationsachse angeordnet und in Schweißrichtung gesehen abgeschlossen wird durch einen massiven konzentrischen Kreiskegel, Letzterer wird in Richtung auf die obere Rohrstutzen-offnung abgesenkt, so daß bei hinreichend großer Radiuseinstellung der Kreiskegel mit seiner Spitze in diese Öffnung eintaucht und auf den inneren oberen Rohrstutzenrand drückt. Dadurch entsteht in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Kreiskegel und Rohrstutzenachse eine den rohrförmigen Sensorkörper deformierende Kraft, die mit Hilfe der auf dem Deformationsrohr angeordnetem Dehnungsmeßstreifen in Steuersignale für eine horizontale Korrekturbewegung umgesetzt wird.The invention thus relates to a device in which the actual drawing-Scllpositionen all on a pipe wall'einzuschweißenden pipe socket and their length and diameter in the program memory, preferably a welding robot, are stored and by the latter of the welding head each in a determined by this data coarse position above each one of its vertical, optionally by a corresponding workpiece rotation, RohrStutzens is moved. Then, the welding head, which is equipped except with an adjustable by the program control and the welding torch carrying radius axis with a known joining sensor in the form of a vertically arranged elastically deformable and provided with strain gauges deformation tube, which is arranged in extension of the axis of rotation and seen in the welding direction completed is through a solid concentric circular cone, the latter is lowered in the direction of the upper pipe socket opening, so that dips at sufficiently large radius adjustment of the circular cone with its tip in this opening and presses on the inner upper pipe socket edge. As a result, depending on the deviation between the circular cone and the pipe socket axis, a force deforming the tubular sensor body is produced, which is converted by means of the strain gauges arranged on the deformation tube into control signals for a horizontal correction movement.

Die gesamte horizontale und vertikale Suchbewegung ist abgeschlossen, wenn auf das Deformationsrohr eine rein axiale Kraft wirkt, welche erfindungsgemäß durch einen mit den Dehnungsmeßstreifen logisch verknüpften Drucksensor erfaßt wird. Im dadurch aufgerufenen nächsten Programmschritt wird der Brennerradius gemäß dem für den betr. Stutzen programmierten Wert verringert, so daß nachfolgend in der so erreichtenThe entire horizontal and vertical seek movement is completed when a purely axial force acts on the deformation tube, which is inventively detected by a logically associated with the strain gauge pressure sensor. In the next program step called thereby, the burner radius is reduced according to the value programmed for the respective nozzle, so that subsequently in the thus achieved

exakten Schweißposition die auf praktisch konstanter Höhe befindliche Naht durch Rotation des Brenners um die Stutzenachse geschweißt werden kann.exact welding position can be welded at a virtually constant height seam by rotation of the burner around the nozzle axis.

Sollen Stutzen mit einem im Verhältnis zum Krümmungsradius der Behälterfläche im Rahmen der angewandten Schweißtechnologie nicht vernachlässigbar kleinen Durchmesser eingeschweißt werden, so ist dies durch die erfindungsgemäße Einrichtung ebenfalls zum Aufsuchen der Stutzenachse geeignet, muß aber um eine zusätzliche Brennerhöhenführung ergänzt werden.If nozzles with a diameter which is not negligibly small in relation to the radius of curvature of the container surface are to be welded in, this is likewise suitable for locating the nozzle axis by means of the inventive device, but must be supplemented by an additional burner height guide.

Eine - allerdings fest programmierte - Höhenverstellung des Brenners relativ zum Kreiskegel ist erfindungsgemäß auch vergesehen, wenn Stutzen unterschiedlicher Höhe und/oder unterschiedlichen Durchmessers an einem Behälter eingeschweißt werden sollen.A - but hard-programmed - height adjustment of the burner relative to the circular cone is also envisaged according to the invention when nozzles of different heights and / or different diameters are to be welded to a container.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: einen Dampf sammler mit gehefteten itohr stutzen Fig. 2: einen Schweißkopf in Schweiß stellungFig. 1: a steam collector with stapled itohr clip Fig. 2: a welding head in welding position

Fig. 3 bis 5: verschiedene Stellungen des Kreiskegels auf dem oberen inneren RohrStutzenrandFig. 3 to 5: different positions of the circular cone on the upper inner RohrStutzenrand

Mach Fig. 1 wird ein Dampfsammler gezeigt, der aus einem horizontal gelagerten Sammlerrohr 1 mit einem Durchmesser D und den auf einer oben liegenden, an sich achsparallelen,1, a vapor collector is shown, which consists of a horizontally mounted collector tube 1 with a diameter D and on an overhead, paraxial,

aber toleranzbehafteten Mantellinie in ebenfalls toleranzbehafteten Abstand senkrecht angehefteten und einzuschweißenden Rohrstutzen 2 gleicher Länge L und gleichem' kleinen Durchmesser d besteht. Wegen d/D ^ 1 und der vorausgesetzten Nahtvorbereitung in Form von Senkbohrungen mit dem Durchmesser d konzentrisch zu den entsprechend kleineren Durchgangsbohrungen auf dem Mantel des Sammlerrohres 1 ist eine separate Höhenänderung des Schweißbrenners 4 beim Schweißen nicht nötig.but tolerance-affected surface line in equally toleranced distance vertically attached and welded pipe socket 2 of the same length L and the same 'small diameter d exists. Because of d / D ^ 1 and the presumed seam preparation in the form of counterbores with the diameter d concentric to the correspondingly smaller through holes on the jacket of the collector tube 1, a separate change in height of the welding torch 4 during welding is not necessary.

Der gemäß Fig. 2 aufgebaute und aus Radiusachse 3, Schweißbrenner L, Deformationsrohr 5, Drucksensor 6 und Kreiskegel 7 des Sensors bestehende Schweißkopf wird mit Hilfe der orthogonalen Translationsachsen χ (horizontal, parallel zur Achse des Sammlerrohres 1) y (horizontal) und ζ (vertikal) bewegt und die Brennerrotation mittels der durch die z-Achse hindurchlaufenden Rotationsachse 8 realisiert. Da.s: mit der Rotationsachse 8 einerseits direkt und mit dem Kreiskegel 7 andererseits über den Drucksensor 6 fest verbundene Deformationsrohr 5 trägt auf seinem Mantel vier paarweis gegenüberliegende und in bekannter Weise als variable Widerstände in eine Brückenschaltung zur Erzeugung von Korrektursignalen für die Bewegung der x- bzw» y-Achsen einbezogene Dehnungsmeßstreifen, wobei die Verbindungslinie eines Paares jeweils achsparallel orientiert ist. Erfindungsgemäß erfolgt der Such- und Schweiß Vorgang auf folgende Weise:The constructed according to FIG. 2 and consisting of radius axis 3, welding torch L, deformation tube 5, pressure sensor 6 and circular cone 7 of the sensor welding head is using the orthogonal translation axes χ (horizontal, parallel to the axis of the collector tube 1) y (horizontal) and ζ ( vertically) and the burner rotation is realized by means of the axis of rotation 8 passing through the z-axis. Da.s: with the rotation axis 8 on the one hand directly and with the circular cone 7 on the other hand via the pressure sensor 6 firmly connected deformation tube 5 carries on its coat four pairwise opposite and in a known manner as variable resistors in a bridge circuit for generating correction signals for the movement of x - or »y-axes included strain gauges, wherein the connecting line of a pair is oriented axially parallel. According to the invention, the search and welding process takes place in the following manner:

Mit Hilfe einer vorzugsweise numerischen Steuerung wird mit dem Schweißkopf zunächst eine Grobposition χ, y, ζ oberhalb eines Rohrstutzens 2 angefahren, wobei sich die Radiusachse in einer solchen Stellung befindet, daß eine Kollision mit dem Werkstück ausgeschlossen ist. Anschließend wird die Rotationsachse 8 langsam abgesenkt, wobei der Kreiskegel 7 im allgemeinen exzentrisch - auf den inneren oberen Rohrstutzenrand stößt. (Fig. 3)· Dadurch wird das Deformationsrohr 5With the help of a preferably numerical control, a rough position χ, y, ζ above a pipe socket 2 is approached with the welding head, wherein the radius axis is in such a position that a collision with the workpiece is excluded. Subsequently, the axis of rotation 8 is lowered slowly, wherein the circular cone 7 in general eccentric - abuts the inner upper pipe socket edge. (FIG. 3). As a result, the deformation tube 5 becomes

deformiert, wobei die auf dem Deformationsrohr 5 angeordneten Dehnungsmeßstreifen daraus die notwendigen Korrekturbewegungen α x und ^.y sensieren(Fig» L)₃ die unmittelbar von den x- bzw. y-Achsen ausgeführt v/erden.deformed, wherein the arranged on the deformation tube 5 strain gauges from it the necessary correction movements α x and ^. y sensed (Fig. L) ₃ v / erden executed directly from the x and y axes.

Der Suchvergang und damit die vertikalen und horizontalen Bewegungen sind abgeschlossen, wenn sowohl die Korrektursignale für ^ x und Ay gleich Null sind, als auch die auf den Kreiskegel 7 einwirkende und über den Drucksensor 6 erfaßte axiale Kraft verschieden von Null ist (Fig. 5). Damit wird auch der Fall sicher erkannt, bei dem der Kreiskegel 7 exakt konzentrisch in den Rohrstutzen 2 gesenkt wird. Mach beendeter Suche wird die Radiusachse 3 in die dem betreffenden Rohrstutzen 2 entsprechende Schweißstellung verfahren und durch die Rotationsachse 8 die Schweißbewegung ausgeführt .The search process and thus the vertical and horizontal movements are completed when both the correction signals for ^ x and Ay are equal to zero, and the axial force acting on the circular cone 7 and detected via the pressure sensor 6 is different from zero (FIG. 5). , Thus, the case is reliably detected, in which the circular cone 7 is lowered exactly concentric in the pipe socket 2. Mach ended search the radius axis 3 is moved in the respective pipe socket 2 corresponding welding position and executed by the rotation axis 8, the welding movement.

Claims

Erfindungsansnruch

Device for the automatic welding of pipe sockets, in particular small diameter, in a container wall, preferably in the production of steam boilers and collectors, wherein the joining of the welded parts by means of a fillet weld and with the aid of suitable sensors and a program memory, characterized in that one in operative connection provided with a program memory standing welding head, which is equipped with an adjustable by the program control and the welding torch (4) bearing radius axis (3), which is connected to a by a preferably translatorisehe axis (9) lowerable rotation axis (8) in connection, in extension of the axis of rotation (8) an elastically deformable deformation tube (5) connects, which is firmly connected on the one hand directly to the rotation axis (8) and on the other hand with a solid concentric circular cone (7) via a pressure sensor (6) and the circular cone (7 ) over a the R ear (2) has adapted diameter and opening angle, which ensure that the deformation of the tube (5) in the welding direction limiting circular cone (7) is positively supported on the pipe socket edge.

- For this a sheet of drawings -