DD272816A1 - Verfahren zum plasmawurzelschweissen von schweissnaehten bei sensorgesteuertem brenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plasmawurzelschweissen von Schweissnaehten bei sensorgesteuertem Brenner und ist beim Plasmawurzelschweissen von Laengsnaehten und Rundnaehten an Rohren und Behaeltern im Apparatebau und verwandten Fachgebieten anwendbar. Erfindungsgemaess wurde die Aufgabe geloest, indem nur noch die Hauptachsen, die den Plasmabrenner fuehren, von der Sensoreinheit ansteuerbar sind. Weiterhin sind diese Hauptachsen entweder von einer uebergeordneten Steuerung oder durch die Sensoreinheit betreibbar und die Sensoreinheit hebt nach Fertigstellung der Schweissnaht von dieser ab. Mit diesem Verfahren werden Material und Ausruestungen eingespart, eine reproduzierbare und stabile Fuehrung des Brenners bewirkt, eine Qualitaetsverbesserung erreicht, die Sensoreinheit vor Zerstoerung geschuetzt und die Arbeitsbedingungen verbessert.

Description

Bei der Anwendung dieses Verfahrens ist der überraschende Erfolg zu verzeichnen, daß für diesen Einsatzzweck mindestens eine Gleichwertigkeit zwischen den mit kartesischem Koordinatensystem arbeitenden Robotern beziehungsweise Vorrichtungen und den Gelenkrobütern erreicht wird

Außerdem ergeben sich bei diesem Verfahren folgende wesentliche Vorteile:

— Der Wegfall der Hilfsachsen fördert die Zuverlässigkeit und Beobachtbarkeit der aktiven Schweißzone, vermindert das Spiel im gesamten System und führt damit zu ruhiger und reproduzierbarer Brennerführung über dem Stoß.

— Das erfindungsgemäße Verfahren sichert auch im Bereich einer bereits geschweißten Wurzel einen gleichen Brennerabstand zum Werkstück, damit ist auch dort eine reproduzierbare Qualität der Schweißnaht gewährleistet.

— Durch die Bedienbarkeit der gleichen Hauptachsen auch durch eine übergeordnete Steuerung und die Unabhängigkeit der Sensorik von der Achslage kann der gesamte Schweißkopf mit Sensor auf dem Stoß über dem Werkstück eingerichtet werden, ohne daß zum Beispiel ein schwerer Kesselschuß millimetergonau in die Anfangslage der Senscrachsen gebracht werden muß,

— Das automatische Abheben des Sensors mit dem Schweißkopf schützt den Sensor vor Beschädigungen, wenn das Bauteil in seine Ausgangslage zurück nedreht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Komplexschweißanlage dient zum Plasmawurzelschweißen von Rund- und Längsnähten an Behältern im Durchmesserbereich von 600-1400mm. Die Anlage besteht in ihrem Grundaufbau aus

— den Führi'.igseinheiten

— der Werk ückaufnahmevorrichtung

— der verfahrensbedingten Baugruppe Plasma

— der Prozeßsteuerung zum Plasmaschweißen

— der Sensorsteuerung einschließlich der Sensorik für die Höhen- und Seitenverstellung

— der Positioniersteuerung

— der Stromquelle.

Durch Betätigung der drei Translationshauptachsen mittels Tableau-Steuerung wird das Brenneraggregat einschließlich Sensor über den Stoß in die erforderliche Position geführt. Dabei ist die Startposition erreicht, wenn der Sensor sowohl in vertikaler, als auch in horizontaler Richtung anspricht und solange im Zusammenwirken direkt mit den Hauptachsen regelt, bis der Brenner die optimale vorherbestimmte Stellung eingenommen hat. Eine Ablaufsteuerung ruft beim Wurzelschweißen die für die Nahtabschnitte, wie Nahtanfang, Nahtschweißen, Überlappung und Kraterfüllung, vorgewählten Werte für Strom, Draht und Gas auf.

Nach dem Zünden des Lichtbogens brennt dieser bei stillstehendem Werkstück eine vorgegebene Zeit auf dem Stoß, ohne daß Zusatzdraht zugeführt wird. Nach Ablauf dieser Vorwärmzeit setzen der Dreh- und Drahtvorschub ein, die Gasmenge steigt an und der Schweißstrom wird aufgerufen, das Plasmawurzelschweißen erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit. Dabei erfolgt der Drahtvorschub im Takt der Modulation. Nach 360° unterbricht die Drahtzufuhr, die Überlappung wird moduliert ohne Zusatzwerkstoff geschweißt. Ist eine genügend fest eingestellte Länge überschweißt, beginnt das Schließen des Stichloches am Nahtande. Hierzu fließt der Strom mit einem vorher eingestellten Wert kontinuierlich, ebenso erfolgt die Drahtzuführung. Die Plasmagasmenge beträgt hier nur noch etwa 30% gepenüber dem Stichlochschweißen. Nach Ablauf eher eingestellten· Kraterfüllzeit senk*, der Strom ab, so daß ein fehlerfreies Nahtende entsteht. Nach Abschluß dieses Prozesses hebt der Brenner in Richtung Z-Achäe um 25-30 mm nach oben ab, u d es kann eine neue Naht geschweißt werden. Während des 360°-Umlauts wird die exakte Stoßverfolgung mittels taktilem Sensor direkt über die Hauptachsen realisiert. Es hat sich gezeigt, daß es bei den bisher eingesetzten Translationseinheiten (Hauptachsen und Hilfsachsen) zu einer Überlagerung der Toleranzfelder kommt und dadurch eine störungsfreie und qualitätsgerechte Prozeßdurchführung nicht mehr gewährleistet ist. Das bisher vorgegeben Spiel von etwa +2 mm pro Translationseinheit konnte durch den Wegfall der zwei Hilfsachsen auf etwa 1 mm reduziert werden, so daß die Prozeßführung insgesamt wesentlich verbessert *».'<jrde.

Claims (2)

1. Verfahren zum Plasmawurzelschweißen von Schweißnähten bei sensorgesteuertem Brenner, mit kartesischem Koordinatensystem, Sensoren und sich drehendem Werkstück, gekennzeichnet dadurch, daß nur die drei Hauptachsen, die den Plasmabrenner führen, direkt und sofort von der Sensoreinheit ansteuerbar sind und daß die Lage dieser Hauptachsen wahlweise entweder von einer Übergeordneton Steuerung zum Einrichten auf die Schweißposition oder durch die Sensoreinheit mit konstanter Geschwindigkeit veränderbar ist und daß die Sensoreinheit bei Erreichen eines Überlappungsbeginns der Wurzellage ihre Funktion unterbricht, wobei diese Überlappung selbst ohne Sensorabtastung zu schweißen ist, und daß die Sensoreinheit nach Fertigstellung der Schweißnaht um mindestens 25 mm von der Werkstückoberfläche abhebt und daß die Sensoreinheit in jeder beliebigen Lage der Hauptachsen arbeitsfähig und dabei nicht auf eine vorgegebene Achslage angewiesen ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schweißgeschwindigkeit im Bereich von ± 30 bis 40% in Abhängigkeit von der konstanten Schweißgeschwindigkeit variabel ist.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung ist anwendbar beim Plasmawurzelschweißen von Längsnähten und insbesondere Rundnähten an Rohren und Behältern im Apparatebau und verwandten Fachgebieten, wo der Plasmaschweißbrenner durch einen Sensor oder mehrere Sensoren geführt wird.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Neben den Gelenkrobotern beim Lichtbogen-und Widerstandsschweißen sind auch Roboter beziehungsweise Vorrichtungen bei der sensorgesteuerten Stoßverfolgung zur Führung des Brenners bekannt, die mit Hilfe des kartesischen Koordinatensystems arbeiten. Das bedeutet, daß drei Hauptsachen und üblicherweise ein bis zwei Hilfsachsen verwendet werden. Die Hauptachsen tragen dabei die Hilfsachsen, wobei diese wiederum den Brenner aufnehmen. Die Hauptachsen werden über eine zentrale Versorgung gesteuert, während die Hilfsachsen durch Sensorsignale angesteuert werden. Auf Grund der dabei zwangsläufig eingesetzten Endlagenregelung ist diese Sensorsteuerung nur von einem definierten Punkt aus wirksam. Nachteilig bei diesem System sind weiter der hohe apparative Aufwand, die hohe Belastung der einzelnen Achsen und der daraus resultierende federnde, unruhige Lauf des gesamten Systems. Durch die drei Hauptachsen und die ein bis zwei Hilfsachsen sind auch die Zugänglichkeit zur Vorrichtung beschränkt, was beim Einrichten, Montieren und Demontieren der Vorrichtungsteile zu erheblichen Schwierigkeiten führt. Hinzu kommt, daß das auftretende, sich addierende Spiel durch diese Achsen so groß ist, daß eine ausreichende Genauigkeit bei der Brennerführung in Frage gestellt ist. Diese Endlagenregelung hat den weiteren Nachteil, daß vor jeder Schweißung der Brenner in de. gleichen Ausgangsposition (Höhe, Seite) stehen muß. Als Beispiel des Standes der Technik seien DD-PS 229060 und DE-OS 3405242 angeführt.

   Ziel der Erfindung

   Die Erfindung verfolgt das Ziel, Arbeitszeit und Material- beziehungsweise Ausrüstungskosten einzusparen, die Arbeitsbedingungen wesentlich zu verbessern und den Gebrauchswert zu erhöhen.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch das Verfahren zu gewährleisten, daß die Stoßverfolgung beim Wurzelschweißen im Sensorbetrieb eine stabile und reproduzierbare Führung des Plasmaschweißbrenners bewirkt, daß der Brennerabstand zum Werkstück auch im Bereich der Überlappung gleichbleibend gewährleistet ist, und daß beim Zurückfahren des Werkstückes in seine Ausgangsposition der Sensor vor Zerstörung geschützt ist. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, den Automatisierungsgrad beim Plasmaschweißen zu erhöhen. Material und Ausrüstungen einzusparen, die Schweißfehlerrate zu senken und bei örtlich beliebiger Nahtlage den Sensorbetrieb zu ermöglichen. Eine wesentliche Aufgabe besteht letztens darin, die physischen Anspannungen der Werktätigen entscheidend zu mindern.

   Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß nur die drei Hauptachsen, die den Plasmabrenner führen, direkt und sofort von der Sensoreinheit ansteuerbar sind und daß die Lage dieser Hauptachsen wahlweise entweder von einer übergeordneten Steuerung zum Einrichten auf die Schweißposition oder durch die Sensoreinheit mit konstanter Geschwindigkeit veränderbar ist und daß die Sensoreinheit bei Erreichen eines Überlappungsbeginns der Wurzellage ihre Funktion unterbricht, wobei diese Überlappung selbst ohne Sensorabtastung zu schweißen ist und daß die Sensoreinheit nach Fertigstellung der Schweißnaht um mindestens 25 mm von der Werkstückoberfläche abhebt und daß die Sensoreinheit in jeder beliebigen Lage der Hauptsachen arbeitsfähig und dabei nicht auf eine vorgegebene Achslage angewiesen ist. Eine Ausgestaltung besteht darin, daß die Schweißgeschwindigkeit im Bereich von ± 30 bis 40% in Abhängigkeit von der konstanten Schweißgeschwindigkeit variabel ist.