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Vorrichtung zur automatischen Liehtbogenschweißung gekrümmter waagerechter
Schweißnähte an schrägen Wänden Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen
Lichtbogenschweißung gekrümmter, etwa waagerecht verlaufender Schweißnähte zwischen.
aneinanderstoßenden Platten, die zusammen eine gekrümmte Wandung bilden, welche
im wesentlichen zumindestens teilweise einer Rotationsfläche von längs der Rotationsachse
sich änderndem Radius, vorzugsweise einer Kugel- oder einer Kegelfläche, entspricht,
mit einem Fahrwerk aus Antriebsrollen, die auf der etwa waagerecht liegenden Oberkante
mit ihrer Unterkante anzuschweißenden Blechplatte laufen und mit einem parallelogrammförmigen
Tragerahmen für den Schweißkopf, der an seinem unteren Ende mit Antriebsrollen auf
der Wandung anliegt.
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Bei der Herstellung großer, kugelig gekrümmter Schweißkonstruktionen
auf der Baustelle, beispielsweise bei der Herstellung kugeliger Reaktorgefäße bei
Kernenergiekraftwerken, ist es üblich, von einzelnem. Metallplatten gebildete Ringe
mit Hilfe von Horizontalnähten der Reihe nach übereinanderzuschweißen. Da die solche
Ringe bildenden Platten. an beiden Seiten der Schweißnaht gekrümmt sind, war es
bisher schwierig, für derartige Schweißungen automatische Schweißverfahren anzuwenden,
weshalb die Verbindungsnähte derartiger großer Schweißkonstruktionen bisher meistens
von Hand geschweißt wurden.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Einrichtung, mittels welcher
es möglich ist, derartige Horizontalschweißnähte bei der Herstellung großer, kugeliger
Schweißkonstruktionen automatisch einwandfrei und sicher zu schweißen.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwecks Abstimmung der Umfangsgeschwindigkeit
der oberen und der der unteren Antriebsrolle entsprechend den Führungsbahnen unterschiedlicher
Länge auf eine im wesentlichen stetige Bewegung des Schweißkopfes längs der Schweißnaht
hin die beiden Antriebsrollen von einer gemeinsamen Antriebsquelle aus in an sich
bekannter Weise über ein Ausgleichsgetriebe angetrieben sind oder daß die beiden
Antriebsrollen durch getrennte Antriebsquellen angetrieben sind und daß dann durch
eine Abstimmschalteinrichtung die Umfangsgeschwindigkeit einer der beiden Antriebsrollen
entsprechend erhöht oder vermindert wird.
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Im allgemeinen wird üblicherweise die obere Antriebsrolle auf der
Oberkante der zu verschweißenden Metallplatte laufen. In Abwandlung dessen kann.
eine der Antriebsrollen in bekannter Weise längs einer Führungsfläche geführt werden,
welche von einer im wesentlichen parallel zur Schweißnaht verlaufenden besonderen
Führungsbahn gebildet wird.
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Die Erfindung wurde in erster Linie für die Schweißung von Horizontalnähten
von kugeligen oder teilweise kugeligen Wandungen entwickelt. Sie kann jedoch auch
für die Schweißung an gewölbten Wandungen von beliebiger anderer Form angewendet
werden, z. B. auf die Schweißung an kegeligen Wandungen.
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Die Abstimmschalteinrichtung, mit deren Hilfe die Umfangsgeschwindigkeit
der beiden Antriebsrollen aufeinander abgestimmt werden, kann auf das Kippbestreben
des Tragerahmens innerhalb der Rahmenebene ansprechet . und einer Vergrößerung bzw.
Verminderung der Umfangsgeschwindigkeit einer der Antriebsrollen auslösen, um sicherzustellen,
daß der von dem Halterahmen gehaltene Schweißkopf mit stetiger Geschwindigkeit-
längs der Schweißnaht geführt wird. Insbesondere kann der Tragerahmen auf einem
Lenkerparallelogramm gebildet sein, an dessen: aneinanderliegenden Seiten, die Antriebsrollen
angeordnet sind, und die Abstimmschalteinrichtung kann auf Winkeländerungen der
P'arallelogrammlenker ansprechen. Dabei _ weist zweckmäßigerweise die Abstimmschalteinrichtung
einen an einem Lenker des Lenkerparallelegramms:angeordneten elektrischen Schalter
auf, der von dem benachbarten Lenker betätigt wird.
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Die Abstimmschalteinrichtung kann auch einen. auf dem Tragrahmen befestigten
Kippschalter aufweisen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die
Abstimmschalteinrichtung mindestens einen
elektrischen Schalter
auf, der auf den Achsdruck einer der beiden Antriebsrollen anspricht.
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Es werden nunmehr drei verschiedene Ausführungsformen einer Einrichtung
nach der Erfindung zur Schweißung gekrümmter. Horizontalschweißnähte zwischen von
Metallplatten gebildeten Ringen bei der Herstellung großer, kugeliger Behälter beispielsweise
beschrieben, wobei Bezug auf die anliegenden schematischen Zeichnungen genommen
wird, in welchen Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung
nach der Erfindung in einer Stellung wiedergibt, in welcher eine Horizontalnaht
zwischen Platten gezogen werden kann, die einer teilweise kugeligen Wandung entsprechen,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung nach
der Erfindung in gleicher Stellung zeigt, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III
in Fig. 2 wiedergibt und Fig. 4 eine Antriebseinrichtung einer dritten Ausführungsform
einer Einrichtung nach der Erfindung zeigt, welche in manchen Einzelheiten der erstgenannten
Ausführungsform der Erfindung entspricht.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Einrichtung
nach der Erfindung wiedergegeben, welche einen starren Tragerahmen 1 aufweist, welcher
sich an einer oberen, zu verschweißenden Platte 2 mittels zweier am Umfang genuteter
Rollen 3, 3 a abstützt, welche auf der Oberkante der Platte 2 laufen, und welcher
sich an einer unteren, zu verschweißenden Platte 5 mittels zweier Rollen 4, 4d abstützt,
die auf der Oberfläche dieser unteren Platte 5. laufen. Die Platten 2 und 5 sind
sowohl längs der Schweißlinie der zu ziehenden Schweißnaht 6 als auch im Winkel
quer zu dieser Schweißnaht derart gekrümmt, daß sie eine teilweise kugelige Wandung
bilden.. Die Schweißnaht 6 erstreckt sich in einer Horizontalebene. Für manche Anwendungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens mag es von Vorteil sein, das obere Rollenpaar 3,
3 a in einer Schiene zu führen, die parallel zur Oberkante der Platte 2 verläuft.
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An dem Tragerahmen 1 ist in der Nähe des unteren Rollenpaares ein
automatisch arbeitender Schweißkopf 8 irgendeiner bekannten Bauart in Schweißstellung
für die Schweißnaht 6 angeordnet. Dieser Schweißkopf 8 ist längs der Schienen 9
verstellbar und führt einen Schweißdraht 10 zu dem an der Schweißnaht 6 gebildeten
Lichtbogen. Die Erfindung ist hinsichtlich ihrer Anwendung nicht auf ein bestimmtes
Lichtbogen-Schweißverfahren beschränkt, weshalb beispielsweise sowohl ein mit einer
Flußmittelhiille umhüllter Schweißdraht als auch blanker Schweißdraht verwendet
werden kann, wobei, falls gewünscht, ein Schutzgasmantel aus Argon, Helium oder
Kohlendioxyd um den Schweißlichtbogen herumgelegt sein kann bzw. wobei im Unterpulver-Schweißverfahren
geschweißt werden kann, in welchem Fall das Flußmittel in bekannter Weise mittels
eines kleinen Flußmittelförderbandes zugeführt werden kann.
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Der Tragerahmen 1 wird längs der miteinander zu verschweißenden Platten
2 und 5 mittels Elektromotoren 11 und 12 bewegt, welche die Antriebsrollen.3 und
4 antreiben. Beim Vorschub des Halterahmens 1
längs des zu verschweißenden
Plattenringes müssen die Antriebsrollen 3, 3 a und 4,4a, sofern sie nicht in gleichen
Abständen beiderseits der Äquatorialebene der zu verschweißenden kugeligen Wandung
angeordnet sind, verschiedene Wege zurücklegen. Dementsprechend müssen die Umfangsgeschwindigkeiten
dieser Antriebsrollen aufeinander derart abgestimmt sein, daß sich eine stetige
Vorschubbewegung des Schweißkopfes 8 längs der Schweißnaht 6 ergibt. Es wird festgestellt,
daß die Bedingungen zur Herstellung einer einwandfreien Schweißnaht zuweilen auch
dann noch erfüllt sind, wenn diese Vorschubbewegung nicht absolut stetig erfolgt,
wodurch es möglich ist, die Genauigkeit der Regelung der Drehzahlen der Antriebsmotoren
dementsprechend zu wählen.
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Zur Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors 11 sind in den Halterungen
der Antriebsrollen 3 und 3a Endschalter eingebaut. Diese Endschalter sprechen auf
die in den Antriebsrollen 3 und 3a wirksamen Lagerdrücke an. Wird die untere Antriebsrolle
4 zu schnell angetrieben, so hat die Vorderseite des Halterahmens 1 das Bestreben,
-sich nach oben anzuheben, was zur Folge hat, daß der auf der Antriebsrolle 3 a
lastende Lagerdruck sich vermindert. Dadurch wird die Betätigung des der Rolle 3
a zugeordneten Endschalters ausgelöst, worauf durch Betätigung dieses Endschalters
die Drehzahl des Motors 11 erhöht wird. Dadurch wird der obere Teil des Rahmens
1 wieder in Normallage zurückgebracht, was zur Folge hat, daß der Rahmen sich mit
im wesentlichen stetiger Geschwindigkeit längs des Plattenringes bewegt. Ist die.
Drehzahl der Antriebsrolle4 im Vergleich zur Drehzahl der Antriebsrolle 3 zu niedrig,
dann hat der hintere Teil des Rahmens 1 das Bestreben, sich nach oben anzuheben,
wodurch der Lagerdruck der Antriebsrolle 3 sich vermindert. Dadurch wird infolge
der Betätigung eines der Antriebsrolle 3 zugeordneten Endschalters die Drehzahl
des Antriebsmotors 11 vermindert.
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Zur Steuerung des Antriebsmotors 11 können verschiedene Steuersysteme
Verwendung finden. So kann beispielsweise der Antriebsmotor 11 in Form eines Gleichstrommotors
gegeben sein, wobei die den Antriebsrollen 3 bzw. 3 a. zugeordneten Endschalter
so. geschaltet sind, -daß durch ihre Betätigung ein Widerstand in die Feldwicklung
des Motors eingeschaltet bzw. aus dieser ausgeschaltet wird.
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Falls erwünscht, können beide Antriebsmotoren 11 und 12 mittels einer
Steuervorrichtung gesteuert werden, welche auf Kippbewegungen des Tragerahmens 1
anspricht.
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Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte weitere Ausführungsart einer
Einrichtung nach der Erfindung weist einen Tragerahmen auf, welcher die Form eines
Gelenkparallelogramms 21 hat. Ein oberes Rollenpaar 22,22a ist am oberen Lenker
23 des Gelenkparallelogramms angeordnet, ein unteres Rollenpaar 24, 24a am unteren
Lenker 25. Der untere Lenker 25 wird am oberen Lenker 23 mittels eines vorderen
Lenkers 26 und eines hinteren Lenkers 27 gehalten. Am unteren Lenker 25 ist ein
Schweißkopf 28 angeordnet, der, wie. bei der vorbeschriebenen Bauart der Erfindung,
jeder geeigneten, bekannten Konstruktion angehören kann.. Der Elektrodendraht 30
- wird dem Schweißkopf mittels Zuführungsrollen 29 in dem Maße zugeführt, in welchem
die Schweißnaht 31 gebildet wird.
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Zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit ist ein Antriebsmotor 32
vorgesehen, welcher die obere Antriebsrolle 22 antreibt. Mittels eines am vorderen
Lenker 26 angeordneten Betätigungsarmes 34 werden ein oder mehrere Endschalter 35
bzw. 36 betätigt, sobald die normale Winkellage zwischen den einzelnen Lenkern des
Gelenkparallelogramms 21 verändert wird. Die Motordrehzahl kann auch mittels eines
Kippschalters 37 geregelt werden, der an einem der beiden Lenker 26 bzw. 27 angeordnet
ist. Falls gewünscht,
kann auch die Drehzahl eines weiteren Antriebsmotors
38, welcher die untere Antriebsrolle 24 antreibt, außerdem geregelt werden. Eine
zu hohe bzw. zu niedrige Drehzahl der Antriebsrollen 22 bzw. 24 ergibt eine Änderung
der Winkellage zwischen den einzelnen Lenkern des Gelenkparallelogramms 21, sobald
eines der Rollenpaare dem anderen voreilt bzw. hinter dem anderen zurückbleibt.
Dadurch wird die Erregung der auf diese Weise gesteuerten Motoren. selbsttätig durch
eine Einrichtung beeinflußt, welche auf die Änderung der Winkellage der einzelnen
Lenker des Gelenkparallelogramms anspricht, wodurch die Motordrehzahl jeweils derart
beeinflußt wird, d'aß die Antriebsrollen hinsichtlich ihrer Umfangsgeschwindigkeit
richtig aufeinander abgestimmt sind.
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Bei der in F'ig.4 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform einer
Einrichtung nach der Erfindung ist ein starrer Tragerahmen 50 vorgesehen, der eine
ähnliche Form hat wie der starre Rahmen der erstbeschriebenen Ausführungsart der
Erfindung (Fig. 1). An diesem starren Rahmen sind Antriebsrollen 51 bzw. 52 angeordnet,
mittels welcher die Einrichtung längs der miteinander zu verschweißenden Platten
belegt wird. Bei dieser Ausführungsart der Erfindung ist jedoch nur ein einziger
Antriebsmotor 53 zum Antrieb der beiden Rollenpaare 51 und 52 vorgesehen, welcher
auf ein Ausgleichsgetriebe 56 arbeitet, von welchem ihrerseits die Antriebsrollen
51 und 52 über Antriebswellen 54 und 55 angetrieben werden. Bei 57 ist ein Kardangelenk
angedeutet, mittels welchem die Drehbewegung der Antriebswelle 54 auf die Antriebsrolle
51 übertragen wird. Auf diese Weise werden die Drehzahlen der Antriebsrollen 51
und 52 so aufeinander abgestimmt, daß sich eine im wesentlichen stetige Vorschubbewegung
der Einrichtung ergibt.