DD279144A3 - Einrichtung zur regelung des freien drahtendes beim schutzgasschweissen in vertikaler richtung - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Regelung des freien Drahtendes beim Schutzgasschweissen in vertikaler Richtung bezieht sich auf das Verbindungsschweissen vor allem bei grossen Werkstuecken mit schwieriger Positionierbarkeit und Abweichungen in der Geometrie der Schweissnahtflanken. Dabei wird das fuer die Qualitaet der Schweissnaht massgebende freie Drahtende ueber eine direkte Messung des Schweissstromes erfasst und in einem Komparator mit einem Sollwert verglichen. Bei Abweichung dieser beiden Werte voneinander wird die Geschwindigkeit der Schweissbrennerbewegung gegenlaeufig veraendert. Es wird ein oberer und ein unterer Grenzwert des Schweissstromes ueberwacht, bei deren Erreichen die Brennerbewegung entweder sprunghaft erhoeht oder eingestellt wird. Mit dieser Einrichtung der Schweissstromregelung in vertikaler Schweissrichtung ist es moeglich, auch starke Abweichungen in der Geometrie der Schweissnahtflanken schnell und selbsttaetig auszugleichen. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Auftrags- und Verbindungsschweißen unter Schutzgas, vor allem bei großen Werkstücken mit schwieriger Positionierbarkeit in vertikaler Richtung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Regelung des Abstandes der Stromdüse zum Schweißbad sind aus der Praxis und der Literatur verschiedene Lösungen bekannt.

So ist im DD-WP 146561 eine tomperaturfeldabhängige Regelung des Schweißbrennervorschubes beschrieben. Bei dieser Lösung sind zwei Temperaturmeßfühler in Brückenschaltung im mitlaufenden Anlegeschuh in der Badrichtung angeordnet.

Kommt es zu einer Störung des Brückenabgleiches, erfolgt eine Aussteuerung des den Schweißbrenner bewegenden Hubmotors. Diese Lösung ist für ein Verbindungsschweißen von Werkstücken mit unterschiedlicher Materialstärke bzw. unregelmäßiger Geometrie nicht geeignet, da hierbei im ungestörten Betrieb keine gleichmäßige Temperaturfeld-Verteilung erreicht werden kann.

Bekannt ist aus der Praxis eine optoelektronische Schweißbadregelung, bei welcher mittels einer Fotodiode der Lichtbogen überwacht und in Auswertung dessen Helligkeit der den Schweißbrenner bewegende Hubmotor angesteuert wird. Diese Regelung beinhaltet eine Reihe subjektiver Fehlereinflußmöglichkeiten und hat sich praktisch vor allem für das Zwangspositionsschweißen in senkrechter Richtung nicht bewährt.

Aus DD-WP 157415 ist eine indirekte Schweißstromregelung über Schweißgleichspannung mittels des Schweißdrahtvorschubes bekannt. Eine solche Lösung ist für moderne Schweißanlagen nicht relevant, da diese mit einer Spannungskonstanthaltung ausgerüstet sind und die Schweißspannung somit kein Maß für den Schweißstrom bzw. das freie Drahtende darstellt.

In DE-OS 3333151 und in DD-WP 231514 sind Abstandsregelungen für den Schweißprozeß beschrieben, die die Geräusche des Schweißvorganges erfassen und auswerten und danach die Bewegung des Schweißbrenners steuern. Auch diese Lösungen über eine indirekte Erfassung des Schweißvorganges sind mit starken Fehlereinflüssen behaftet, sehr aufwendig und für den praktischen Betrieb wenig geeignet.

In DE-OS 2450358 wird eine Schaltung zur Regelung des Schweißvorganges durch Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Schwsißdrahtes beschrieben. Dabei wird der Schweißprozeß über die Schweißspannung erfaßt, was eine entsprechende Charakteristik der Schweißspannung als Voraussetzung bedingt. Dies ist aber bei modernen Schweißanlagen mit Spannungskonstanthaltung nicht gegeben.

Eine Einrichtung zur Konstanthaltung des Abstandes eines Lichtbogenschweißbrenners von einem Werkstück ist in DE-OS 2842496 dargestellt. Bei dieser Lösung wird mit einem pulsierenden Schweißstrom gearbeitet, und das pulsierende elektrische Potential des Lichtbogens wird mit einem mit gleicher Frequenz pulsierenden Sollwert verglichen. Diese sehr aufwendige Lösung ist bevorzugt für das WIG-Schweißen in waagerechter Lage des Werkstückes entwickelt worden und bedingt, daß jeder Schweißvorgang manuell zu Beginn eingerichtet werden muß. Damit ist die vorliegende Aufgabenstellung nicht realisierbar.

Eine sehr aufwendige Lösung ist aus der Praxis bekanntgeworden, bei welcher im Primärstromkreis des Schweißtransformators über eine Hilfswicklung eine dem Schweißstrom proportionale Spannung erzeugt und als Stellgröße für den Schweißbrenner bewegenden Motor verwendet wird. Neben dem hohen gerätetechnischen Aufwand besitzt auch diese Lösung den Nachteil einer ungenügenden Erfassung des direkten Schweißprozesses.

In DD-WP 207818 werden ein Verfahren und eine Anordnung zum automatischen Auftragsschweißen beschrieben, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißbrenners in horizontaler Richtung gesteuert wird. Dabei wird der Abstand des Brenners zur Werkstückoberfläche vor Schweißbeginn gewählt und eingestellt; während des Schweißens einer Lage müssen die Einstellwerte für Schweißstrom und -spannung nachgeregelt werden. Die Brennerbewegung wird von einem Wegemeßsystem überwacht und programmiert gesteuert. Diese Lösung ist sehr aufwendig und eignet sich für Werkstücke mit stark ungleichmäßiger Geometrie der Schweißnahtflanken nicht.

In DE-OS 2715644 wird ein Führungssystem der Elektrode einer Lichtbogenschweißmaschine in Schweißnahtmitte dargelegt. Diese Lösung arbeitet mit Stellimpulsen und ermöglicht demzufolge keine kontinuierliche Ansteuerung des die Elektrode bewegenden Stellmotors. Es ist nur das Schweißen von geradlinigen, horizontal verlaufenden V- oder X-Nähten mit begrenztem Öffnungswinkel möglich.

In DE-OS 2506636 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen elektrischen Schweißen angegeben. Diese aufwendige Lösung erfordert mindestens zwei stromführende Elektroden und ist für vertikale Schweißrichtungen ungeeignet. Die Anwendung dieser Lösung ist an bestimmte Prozesse gebunden und bei einer Eindrahtschweißung nicht anwendbar. Es sind also keine geeigneten Lösungen bekannt, die eins brauchbare Regelung des Schweißprozesses an Werkstücken mit stark ungleichmäßiger Geometrie der Schweißnahtflanken bei einer vertikalen Brennerbewegung beinhalten, die einfach im Aufbau sind, robust und zuverlässig arbeiten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine einfache, robuste und zuverlässige Regelung des Lichtbogenschweißens in vertikaler Richtung unter Vermeidung subjektiver Bedienungseinflüsse.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist eine Einrichtung, mit der beim Verbindungsschweißen vor allem an ungleichmäßiger und komplizierter Werkstückgeometrie in vertikaler Richtung brauchbare Schweißnähte hergestellt werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe folgendermaßen gelöst:

Eine herkömmliche Einrichtung zum Schutzgasschweißen in vertikaler Richtung mit konstantem Schweißdrahtvorschub ist mit einet bekannten Strommessung im Schweißstromkmis und einer Komparatoreinrichtung zum Vergleich eines vorgegebenen Soll-Wertes mit dem Ist-Wert des Schweißstromes ausgerüstet. Der Schweißbrenner ist an einem Hubmotor mit Hubeinrichtung angeordnet. Der Hubmotor besitzt eine Steuerung durch die Komparatoreinrichtung. Im Stromkreis des Hubmotors sind eine Schalteinrichtung, die beim Erreichen eines oberen Grenzwertes der Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung anspricht, und eine zweite Schalteinrichtung, die beim Erreichen eines unteren Grenzwertes der Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung anspricht, angeordnet.

Bei einer Abweichung des Schweißstrom-Meßwerte:; vom vorgegebenen Sollwert verändert sich die Ausgangsspannung der Komperatoreinrichtung derart, daß der Sollwert dos freien Drahtendes wiederhergestellt wird. Das heißt, bei einem zu kleinen freien Drahtende und damit zu hohem Schweißstrom erfolgt eine Geschwindigkeitserhöhung der Schweißbrennerbewegung und umgekehrt. Bei Erreichen eines oberen Grenzwertes des Schweißstromes und damit einer entsprechenden Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung wird die Hubmotordrehzahl sprunghaft, vorzugsweise auf den 2...8fachen Wert, durch die entsprechende im Stromkreis des Hubmotors angeordnete Schalteinrichtung erhöht. Beim Erreichen eines unteren Grenzwertes des Schweißstromes und damit einer entsprechenden Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung wird durch die entsprachende Schalteinrichtung im Stromkreis des Hubmotors dieser Motor abgeschaltet und damit der Schweißbrenner angehalten.

Mit der erf indungsgemäßon Einrichtung wird es möglich, auch große Abweichungen in der Geometrie der Schweißnahtflanken selbsttätig und schnell auszugleichen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soil am fixenden Beispiel einer Anlage zum Anschweißen von Eimerschaken an den Messerträger von Baggereimern für Braunkohlentagebaue in vertikaler Richtung näher erläutert werden.

Dazu ist in Fig. 1 ein Übersichtsschema zur Realisierung der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.

Der einer Stromquelle 1 entnommene Schweißstrom wird über einen Meßshunt 2 mit einem Meßbereich 0...10OmV gemessen und über einen Meßumformer 3 einer Komparatoreinrichtung 4 in Form eines Einheitssignals 0...2OmA zugeführt. In der Komparatoreinrichtung 4 wird der Meßwert des Schweißstromes mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und die Abweichung dieser beiden Werte voneinander verändert die Komparatoreinrichtung 4 seine Ausgangsspannung, die anschließend verstärkt wird und als Stellgröße für die Drehzahl des Hubmotors dient.

Der Hubmotor 7 ist an einer Hubsäule mit Zahnstange 8 befestigt und bewegt in vertikaler Richtung eine Halterung des Schweißbrenners 9 sowie eine Drahtvorschub- und Pendeleinrichtung. Mit dieser Aussteuerung des Hubmotors 7 wird die Konstanthaltung des freien Drahtendes 10 realisiert.

Verringert sich aufgrund der unregelmäßigen Geometrie der Schweißnahtflanken des Werkstückes 11 oder eines unregelmäßigen Abschmelzens des Schweißdrahte!» das freie Drahtende 10, kommt es zu einem Anstieg des Schweißstromes. Daraus resultiert eine erhöhte Ausgangsspannung dor Komparatoreinrichtung 4, die zur Drehzahlerhöhung am Hubmotor 7 und damit zur Beschleunigung des Schweißbrenners 9 führt. Eine Vergrößerung des freien Drahtendes 10 bewirkt einen Abfall des Schweißstromes und damit eine Verringerung der Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung 4. Es kommt zur Senkung der Drehzahl des Hubmotors 7 und damit zu einer Verzögerung der vertikalen Bewegung des Schweißbrenners 9, bis der Sollwert des Schweißstromes und damit des freien Drahtendes 10 wieder erreicht ist. Um bei größeren Abweichungen des Istwertes vom Sollwert des freien Drahtendes 10 ein schnelles Ausregeln der Differenz zu gewährleisten, werden ein oberer und ein unterer Grenzwert des Schweißstromes überwacht.

Wird der obere Grenzwert des Schweißstromes erreicht, erfolgt über die Schalteinrichtung 5 eine sprunghafte Erhöhung der Brennergeschwindigkeit in vertikaler Richtung um das 6fache, bis der Sollwert des Schweißstromes erreicht ist. Stellt sich der untere Grenzwert des Schweißstromes ein, wird der Schweißbrenner 9 bis zur Erhöhung des Schweißstromes auf den Sollwert über die Schalteinrichtung 6 angehalten. Auf diese Weise folgt der Schweißbrenner 9 automatisch der Geometrie der zu verbindenden Werkstücke, und es wird eine weitestgehend gleichmäßige Schweißnaht erreicht. Im konkreten Fall dieses Beispieles eines Zwangpositionsschweißens in vertikaler Richtung, bei dem die neuen und in der Materiaistärke gleichmäßigen Eimerschaken an die Messerträger des Baggereimers, die entsprechend des Verschleißzustandes eine in weiten Grenzen schwankende Materialstärke aufweisen, angeschweißt werden, ist dies von entscheidender Bedeutung für das Erzielen einer brauchbaren Schweißverbindung.

Claims (1)

1. Einrichtung zur Regelung des freien Drahtendes beim Schutzgasschweißen in vertikaler Richtung, mit einer Konstanthaltung des Schweißdrahtvorschubes, einer Strommessung im Schweißstromkreis und einer Komparatoreinrichtung zum Soll-Ist-Wert-Vergleich des Schweißstromes, gekennzeichnet dadurch, daß der Schweißbrenner an einem von der Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung in Drehzahl gesteuerten und die Länge des freien Drahtendes verändernden Hubmotor mit Hubeinrichtung angeordnet ist, daß im Stromkreis des Hubmotors eine beim Erreichen eines oberen Grenzwertes der Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung die Hubmotordrehzahl sprunghaft erhöhende Schalteinrichtung angeordnet ist und daß im Stromkreis des Hubmotors eine weitere, bei einem unteren Grenzwert der Ausgangsspannung der Komparatoreinrichtung den Hubmotor abschaltende Schalteinrichtung angeordnet ist.

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