DD223092A1 - Verfahren zum automatischen schutzgasschweissen von stumpfnaehten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das automatische Schutzgasschweissen von Stumpfnaehten mittels WIG-Schweissens. Ziel ist, durch Erreichen einer konstanten Auffuellhoehe eine Nahtqualitaet hoher Guete zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess wird bei Erreichen einer Nahtflanke mittels eines Schwellwertgebers ein Signal gebildet, welches die Pendelbewegung oder die geradlinige Querbewegung des Schweissbrenners unterbricht und die Phase des Verharrens am Umkehrpunkt dadurch einleitet, dass der Schweissstrom beim modulierten Schweissen auf die Sollhoehe angehoben und die Schweissdrahtzufuhr freigegeben wird, wobei in dieser Phase von einem Messsystem ueber die Lichtbogenparameter mittels eines Schwellwertgebers eine Ueberwachung der Auffuellhoehe des Schweissgutes erfolgt und im Falle der Uebereinstimmung von Soll- und Isthoehe die Phase des Verharrens am Umkehrpunkt dadurch unterbrochen wird, indem der Schweissstrom abgesenkt, die Drahtzufuhr gestoppt und die Pendelbewegung oder geradlinige Querbewegung des Schweissbrenners in Richtung der anderen Nahtflanke fortgesetzt wird. Figur

Description

Verfahren zum automatischen Schutzgasschweißen von Stumpf· nähten . ' "

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung' betrifft ein Verfahren zum automatischen Schutzgasschweißen von Stumpfnähten, vorzugsweise zum Schweißen von Rohrrundnähten mit Hilfe des WIG-S'chwe'ißens. mit stromlosem Zusatzdraht unter Verwendung eines eine Pendelbewegung ausführenden Schweißbrenners und unter Zuhilfenahme bekannter elektrischer.Schaltelemente.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß beim automatischen WIG-Schweißen nach festen Programmen·die Nahtfugen abgefahren werden, wobei für den, Schweißkopf ein festes Kihrungssystem vorhanden ist. Diese Lösung hat den Nachteil, daß Toleranzen im Nahtverlauf und in der Geometrie der Nahtfuge nicht ausgeglichen und somit qualitätsgerechte Schweißungen nicht ga« rantiert werden können» Ss ist weiterhin bekannt, daß auf dem Gebiet der Robotertechnik Lösungen vorhanden sind, bei

·, denen vor dem eigentlichen . Schweißpro ze β mit einem Suchprogramm der Nahtverlauf und die Pugengeometrie erfaßt werden, wonach dann die Schweißbrennerbewegung berechnet werden , kann· Diese Lösung hat den Nachteil, daß Toleranzen im Nahtverlauf und in der Fugengeometrie von Werkstück zu Werkstück oder bei Viellagenschweißungen von'Lage zu Lage ' nicht ausgeglichen werden können, es. sei denn/ es würde vor jeder neuen Schweißnaht oder neuen Lage mit Hilfe des Suchprogramme s die. Schweißbrennerbewegung berechnet werden· Diese Lösung hat außerdem den entscheidenden Nachteil, daß sie auf Grund des erforderlichen technologischen Ablaufes sehr "zeitaufwendig ist (DE-OS 28'47 169). Ss sind:außerdem Lösungen bekannt; bei denen mit Hilfe von taktilen oder opti-·

sehen Sensoren während des Schweißproz'esse.s die .Fugengeome- - trie und der Nahtverlauf erfaßt werden. Abgesehen _von der extremen thermischen Belastung der Sensoren während des Schweißprozesses haben diese Lösungen den entscheidenden Nachteil, daß,es, reine Pührungssysteme sind, welche keine Rückwirkung auf die Prozeßparameter ermöglichen. Dadurch können Toleranzen im Nahtverlauf und in der Fugengeometrie bezüglich des Nahtführungssystems erfaßt und ausgeglichen werden,- jedoch wird dadurch keine gleichbleibende Nahtqualität garantiert (DD-PS 159 559). . , -

Nach DE-OS 26 31 250, DE-OS 26 11 377 und DE-OS 27 54 661 sind Lösungen bekannt, bei denen, die Schweißstromstärke oder die Lichtbogenspannung als Regelgröße verwendet wer« den. Dabei wird die Änderung des Schweißstromes und/oder der Lichtbogenspannung bei Annäherung eines eine Pendeibe« wegung oder geradlinige Querbewegung ausführenden Lichtbogens an eine Nahtflanke, beispielsweise einerY-Naht, benutzt, um den Umkehrpunkt der Pendelbewegung festzulegen und somit den Pendelvorgang zu steuern. Andere Lösungen verwenden ebenfalls die. Änderung der SchweiSstromstärke und/oder Lichtbogenspannung als Regelgröße zur Realisierung einer Schweißkopfhöhensteuerung. Dabei wird die Schweißstromstärke und/oder die Lichtbogenspan* nung ständig mit einem Sollwert verglichen* Die sich daraus ergebenden Differenzen werden zur Korrektur der Höhenposition des Schweißkopfes ausgenutzt (DE-OS 26 11 377)..

Ss ist auch bekannt, daß die. Änderung der Schweißstromstärke und/oder der Lichtbogenspanhung als Regelgröße zur . Realisierung einer Nahtmittensteuerung bei nicht pendelndem oder eine geradlinige Querbewegung ausführendem Schweißkopf ausgenutzt wird. Beim Vergleich des Istwertes mit dem Sollwert auftretenden Differenzen werden als Regelgröße zur Korrektur der Schweißkopfposition bei Nahtmittenabweichung ausgenutzt (DS-OS 27 15· 644 und DS-OS 25 46 221).

Diese Lösungen haben alle den entscheidenden Nachteil, daß zwar Toleranzen im Nahtverlauf oder in der Fugengeometrie erkannt, erfaßt und im Bewegungsablauf des SchweiSbrenners berücksichtigt werden, jedoch keine Rückkopplung zum Schweißprozeß erfolgt, wodurch keine gleichbleibende Nahtqualität garantiert werden, kann.

Weiterhin sind Lösungen bekannt, bei denen ebenfalls Toleranzen in der. Fugengeometrie ausgeglichen werden, wodurch, eine Schw.eißkopfführung beim· Schutzgasschweißen mit pendelndem oder eine geradlinige QueVbewegung ausführendem Schweißbrenner ermöglicht wird· Bei diesen Lösungen wird, von der Nahtmitte ausgehend, unter Verwendung einer / ^:. S chwe ISkopf höhensteuerung ein bestimmter Teil der Fugenbreite abgefahren und an einem vorher festgelegten Punkt die Höhensteuerung abgeschaltet und mit konstanter Höhe solange in Richtung Fugenflanke weitergefahren, bis die eintretende änderung des Schweißstromes oder der Lichtbo— genspannung einen vorgegebenen Sollwert übers'teigt. In diesem Moment wird die Bewegung des Schweißbrenners unterbrochen, da der Umkehrpunkt im Ablauf der Pendelbewegung erreicht :ist.. An diesem Umkehrpunkt verharrt der Schweißbrenner eine bestimmte vorher festgelegte Zeit,, bevor dann - der Bewegungsablauf des Pendelvorgänges weitergeführt wird_o Der Schweißbrenner fährt in Richtung Nahtmitte undgegenüberliegenden Fugenflanke bis zu dem Punkt, an dem die Höhensteuerung wieder eingeschaltet wird, über die Fahtmitte hinweg bis zu'dem vorher festgelegten Punkt, an dem die "Höhensteuerung wieder ausgeschaltet wird». Dann wiederholt sich der bereits beschriebene Vorgang auf. der anderen Seite der Nah tmit te, ,' '

Bei-,diesen beschriebenen Lösungen handelt es sich nur um , ; ein Schweißkopfführüngssystem, mit welchem Toleranzen im-Nahtverlauf und in der. Fugengeometrie erkannt, erfaßt und im Bewegungsablauf des Schweißbrenners berücksichtigt werden. Der entscheidende Nachteil dieser Lösungen ist, daß,_s da mit konstanter AbSchmelzleistung und einer vorher festgelegten', d.h... keiner prozeßbezogenen'Haltezeit in den Umkehrpunkten gearbeitet wird, Toleranzen in der Fugengeometrie zwangsläufig zu unterschiedlichen Auffüllhöhen des 7, . '

Schweißgutes in der Nahtfuge führen und damit keine gleich« mäßige Nahtqualitat garantiert werden kann. Das führt weiterhin -dazu, daß vor dem Schweißen der Decklage¹tieferliegende Nahtbereiche erst durch Korrekturschweißungen aufgefüllt werden müssen, damit eine qualitätsgerechte Decklage geschweißt werden kann (DE-OS 30 16 422, DE-PS 30 10 422).

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist beim automatischen Schutzgasschweißen von Stumpfnähten, vorzugsweise mittels WIG-, Schweißens, trotz auftretender Toleranzen im Nahtverlauf und in der rugengeometrie durch Erzielung einer konstanten gleichmäßigen Auffüllhöhe eine Nahtqualität hoher Güte zu ermöglichen«

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung'liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatischen Schutzgasschweißen von Stumpfnähten zu / entwickeln, welches mit minimalem steuerungstechnischen Aufwand unter Ausnutzung von Signalen aus dem brennenden ' Schweißlichtbogen, bei pendelndem oder eine geradlinige Querbewegung ausführendem Schweißbrenner unabhängig von im Nahtverlauf und in der Fugengeometrie auftretenden Toleranzen eine konstante gleichmäßige Auffüllhöhe des Schweißgutes so gewährleistet, daß eine Nahtqualität hoher Güte erreichbar ist. .

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß erfin-,dungsgemäß bei Erreichen einer Uahtflanke mittels eines Schwellwertgebers .ein Signal gebildet wird, welches die ' . Pendelbewegung oder die geradlinige Querbewegung des Schweißbrenners unterbricht und. die Phase des ..Verharrens am Umkehrpunkt dadurch einleitet, daß der. Schweiß strom beim modulierten Schweißen auf die Sollhöhe angehoben und ;die Schweißdrahtzufuhr freigegeben wird, wobei in dieser Phase von einem Meßsystem über die Lichtbogenparameter mit Hilfe eines Schwellwertgeber3 eine Überwachung, der Auffüllhöhe des Schweißgutes erfolgt und im Falle der-Übereinstimmung von Soll- und Isthöhe die Phase des Ver-'. harrena am Umkehrpunkt dadurch unterbrochen wird, indem der Schweißstrom abgesenkt, die Drahtzufuhr gestoppt und die Pendelbewegung, oder geradlinige Querbewegung des Schweißbrenners in Richtung der anderen Uahtflanke fortgesetzt wird. Unabhängig davon sind,in bekannter Weise beiderseits der ITahtfuge in einem den möglichen Fugentoleranzen entsprechenden Abstand an' dem Pendelmechanismus Geber init einer EndschalterfunktiOn angeordnet, welche die Signalgabe in der Phase des Verharrens beim .Schweißen der Decklage erfüllen und während des gesamten Schweißprozesses' eine Überwachungsfunktion ausüben«

Aus führung sbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel mit dem dazugehörigen Blockschaltbild näher erläutertwerden. ;' '. ~ ^; · .

Zur Realisierung des Steuerungskonzeptes wird von einem

Pendelmecliänismus 1, welcher den Schweißkopf. 2 mit konstanter Geschwindigkeit horizontal oder um einen festen Drehpunkt senkrecht zur Nahtrichtung bewegt, und einer ansteuerbaren Schweißstromquelle 3 ausgegangen. Der Pendelmechanismus besitzt ein Sndwertgebersystem 4. Dieses System schränkt die Arbeitsbreite des Pendelmechanismus auf den möglichen Hahtbereich ein. Zweckmäßigerweise besteht das Endwertgebersystem 4 aus einem Wegmeßsystem und einer bekannten Auswertelogik,^: welche über einen Einleseprozeß beim Verschweißen der ersten Lagen zwei Positionsgrenzwerte beiderseitig der ^aht ermittelt.

Die Prözeßsteuerung besteht aus den Stelleinrichtungen zur Vorgabe der Pendelgeschwindigkeit 5, der Drahtvorschubgeschwindigkeit^6, der Sehweißstromstärke in der Pendelphase 7 und der.Schweißstromstärke in der Verharrungsphase.8, einem Schwellwertgeber 9 zur Gewinnung des Merkmals der Nahtflanke, einem .Schwellwertgeber 10 zur Überwachung der Auffüllhöhe des Schweißgutes, einem Zeitgeber 11 bzw. einem System zur Erfassung der Änderungstendenzen der Schweißparameter und logischen Verknüpfungseinheiten 12 bis 1-6. Wird die Umschaltbaugruppe 16 angesteuert, führt der Schweißbrenner 2 eine Pendelbewegung quer zur Naht aus. Infolge der sich ändernden Abstände zwischen dem-Schweißbrenner 2 und dem Werkstück 17 bzw. dessen Schmelzbad während des Pendelvorganges treten Abweichungen der meßbaren Schweißspannung U auf. Wird die ITähtflanke.erreicht, sinkt U merklich ab, so daß der Schwellwertgeber 9 ein Signal abgibt. Über das OR-Glied 13 und-NAED-Glied 14 wird das··Flip-Flop 12 gesetzt und damit die Umschaltbau« gruppe 16 betätigt. Dadurch wird die Pendelphase unterbrochen und die Verharrungsphase mit geändertem Schweißstrom und Schweißdrahtzufuhr durch Zuschaltung der Sollwertgeber 6 und 8 eingeleitet. In dieser Phase wird über die

Schweißspannung ^iit ^:Hilfe des Schwellwertgebers 10 die Auffüllhöhe .des Schmelzgutes überwacht. Infolge des Materialauftrages sinkt U_, bis die Schaltschwelle des Schwellwertgebers 10 erreicht ist und dieser den Flip-Flop .12 zurücksetzt und somit die Verharrungsphase durch erneute Betätigung der Umsehaltbaugruppe 16 beendet. Dabei wird der Flip-Flop 15 angesteuert und der Pendelprozeß in entgegengesetzter' Richtung eingeleitet« Zur Vermeidung einer- sofortigen Beendigung der Pendelphase auf Grund, einer möglichen Signalgabe durch den Schwellwertgeber 9 wird der Signalfluß zwischen diesem Schwellwertgeber'9. und dem Setz-3ingang des Flip-Flop 12. durch ein EAIJD-Glied 14 unterbrochen. Die -Verriegelung erfolgt durch eine vom Ausgang des Flip-Flop"12 gestarteten Zeitschaltung oder durch eine Einrichtung zum Erfassen der:Änderungstendenz :. der Schweisspannung 11. Ein OR-Glied, 13 im Signalfluß ermöglicht den Aufruf der Yerharrungsphase bei/fehlender .Signalgabe, durch den Schwell-' wertgeber 9, indem ein. Ausgangssignal des Sndwertgebers 4 eingekoppelt wird« , /..".

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   Verfahren zum automatischen Schutzgasschweißen von Stumpfnähten, vorzugsweise zum Schweißen von Rohrrund— nähten mit Hilf₍e des WIG-Schweiß ens mit stromlosem Zusatzdraht unter Verwendung eines eine Pendelbewegung um einen Drehpunkt oder eine geradlinige Querbewegung ausführenden Schweißbrenners zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Wahtqualität durch Konstanthalten der Auffüllhöhe des Schweiß'gutes unter Zuhilfenahme elektrischer Schaltelemente, gekennzeich-, net dadurch, daß bei Erreichen einer ίί ah t—. flanke mittels eines SchwellwertgebersC9) ein Signal gebildet wird, welches die Pendelbewegung oder die geradlinige Querbewegung des Schweißbrenners unterbricht und die Phase des Verharrens am ümkehrpunkt dadurch einleitet, daß der Schweißstrom beim modulierten Schweißen auf die Sollhöhe angehoben und die Schweißdrahtzufuhr freigegeben wird, wobei in dieser Phase von einem Meßsystem über die Lichtbogenparameter mittels eines Schwellwertgebers (10) eine Überwachung der Auffüllhöhe des Schweißgutes erfolgt und im Falle der Übereinstimmung von Soll- 'und Isthöhe die Phase des Verharrens am ümkehrpunkt dadurch unterbrochen wird, indem der Schweißstrom abgesenkt, die Drahtzufuhr gestoppt und die Pendelbewegung oder geradlinige Querbewegung des Schweißbrenners in Richtung der anderen Nahtflanke fortgesetzt wird.

   - Hierzu ein Blatt Zeichnung '-