DE1652814A1

DE1652814A1 - Schweisskopf mit hydraulischer Einstell-Regelung

Info

Publication number: DE1652814A1
Application number: DE19681652814
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Peyrot; Paul Thome
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1967-01-17
Filing date: 1968-01-15
Publication date: 1971-10-14
Also published as: FR1525954A; SE335042B; CH483900A; LU55239A1; NL6800546A; GB1183141A; BE708331A; DE1652814B2; ES349403A1; DE1652814C3

Description

Schweißkopf mit hydraulischer Einstell-Regelung ^J

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schweißkopf mit hydraulischer Regelung, der zum Durchführen von Sc^hweißungen längs einer Ringzone beliebiger Achse bestimmt ist.

Es sind bereits Schweißköpfe bekannt, die auf ein Tragorgan aufgebaut sind und eine derartige Arbeit durchzuführen gestatten; insbesondere kennt man bereits einen Schweißkopf (wie in der französischen Patentschrift 1 395 784 "Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen" mit der Priorität vom 5.3.1964 von der Anmelderin beselirieben)^ bei dem das Schweißorgan, das ein Brenner bzw, eine Lichtbogenelektrode ist, an seinem Ende mit einer Bewegung geführt wird, die sich als Resultierende aus einer Pseudo-Rotations; bewegung längs eines mittleren Kreises, dessen Achse relativ zu der Achse der auszuführenden Schweißung

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nach oben versetzt ist, und einer radialen Schwing- oder Pendelbewegung zusammensetzt, so daß der mittlere Wir-¹ kungskreis des Schweißorganes einen Halbmesser ha^fc, der im wesentlichen gleich dem mittleren Halbmesser des Kreises der auszuführenden Schweißung ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen

j Schweißkopf, der durch die Art der Regelung gekennzeich-= net ist, einer sehr genauen Regelung der Schweißkopfstellung gegenüber denjenigen zwei Teilen, die man längs einer Ringzone miteinander verschweißen möchte, und ferner gekennzeichnet dadurch, daß während des Schweißvorgangs die Libhtbogenlänge und infolgedessen die Spannung des Lichtbogens konstant gehalten werden.

Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen Schweißkopf, der in an sich bekannter ¥eise einen rückwärtigen Teil aufweist, der in einen Hohlraum eingeführt und darin blockiert werden kann, innerhalb dessen eine Schweißung längs einer Ringzone ausgeführt werden soll, und der ferner einen vorderseitigen Teil aufweist, der von außen her oder aus dem Hohlraum in Drehbewegung versetzt werden kann, wobei der betreffende Schweißkopf, der einer hyjäraulischen Steuerung unterliegt, im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß sein Schweißorgan oder die Lichtbogenelektrode an einer Halterung befestigt

ist und zusammen mit dem erwähnten vorderen Sehweißkopfteil in Drehbewegung versetzt werden kann, wobei eine von einem Punkt außerhalb des Hohlraumes zu betätigendes Servoventil einen doppelseitig beauf schlagbaren Kolben •steuert, der seinerseits fest mit dem Träger des Schweißorgans oder der Elektrode verbunden ist, und daß eine von dem hinteren Teil des Schweißkopfes aus zu betätigende Winkelhebel-Gestängeanordnung eine VersehieTsung der Schweißorgan-Halterung in fest an dem Träger angebrach- w ten Gleitführungen gestattet und daß der Zusammenbau derart vorgesehen ist, daß das Sehweißorgan oder die Schweißelektrode sich in Richtung ihrer Aflhse unter der „ Wirkung des von dem Servoventil beaufschlagten Kolbens bewegt und unter der Wirkung des/Winkelhebelgestänges eine Pendelbewegung durchführt, so daß diese beiden Bewegungen das Schweißorgan oder die Elektrode in die gewünschte Stellung relativ zu der zu schweißenden Zone bringen« ^

Fach einer speziellen Ausführungsform ist mindern doppelseitig beaufschlagbaren Kolben ein Steuerpotentiometer gekuppelt, und zwar derart, daß der Kolben und infolgedessen auch das Schweißorgan oder die Sehweißelektrode festgelegt werden, wenn der Häufer des Potentiometers diejenige Stellung erreicht hat, die einer ausgewählten Stellung des Schweißorgans oder der Elektrode re-

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lativ zu der zu schweißenden Zone entspricht.

Der erfindungsgemäße Schweißkopf gestattet es, ohne daß eine unmittelbare Sichtverbindung gegeben ist, Eohrelemente miteinander dicht zu verschweißen, deren zu verbindende Enden von außen an sich unzugänglich sind.

Der erfindungsgemäße Schweißkopf ist insbesondere zum Verschweißen von Leistungsrohren in den Bodenteilen des Behälters eines Kernreaktors geeignet.

Weitere Merkmale und Vorteile des Erfi'ndungsgegenstandes werden sich aus der folgenden Beschreibung eines

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Ausführungsbeispiels ergeben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schweißkopfs, teilweise aufgebrochen, und

Big, 2 eine schematische Längsschnittdarstellung des vorderen Teiles des Schweißkopfs gemäß

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Der vollständige Schweißkopf, wie in Fig. 1 dargestellt, ist zum Anbau an einen Tragkörper beliebiger Art bestimmt, beispielsweise einen Tragkörper, der den Schweißkopf in ein Rohr hineinbringen kann, in dem man eine ferngesteuerte Schweißung durchführen will. Der (nicht dargestellte) Tragkörper enthält einen Motor für das Drehen

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des vorderen Teils des Schweißkopfs. Der Tragkörper kann beispielsweise ein durch.Fernsteuerung nachdem Spinner-. raupen-Bewegungsprinzip bewegbares Gerät mit einem Kriech-Antriebsmeehanismus sein* wie es in der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung "lernsteuerbares Gerät zum Durchführen von Arbeiten in Rohren" vom 14.11.196? beschrieben

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Der Schweißkopf nach I¹Ig. 1 enthält .einen rückseitigen , A Teil 1, der mit einer nach außen wirkenden Radial-Spannvorrichtung 2 versehen ist, die lange Klemmsektoren aufweist, und mit Zentriervorrichtungen 3j der vordere Teil 4

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enthält das Schweißorgan in Gestalt einer Schweißelektrode 5. Der vorderseitige Teil 4 des Schweißkopfs enthält ein an dem Gehäuse befestigtes Servoventil 6^ das durch in seiner Traghalterung 21 gebohrte Kanäle einen doppelseitig beaufschlagten Kolben 9 steuert. Dieser Kolben is:t über ein starres Tragstück 10 in Form eines Bügels fest mit dem Schweißorgan 5 verbunden, so daß man mittels eines

-J etwa in der Mitte dieses Tragstücks angeordneten, mit einer Fernsehkamera (nicht dargestellt) verbundenen Endos-'kops 7 den Schweißvorgang beobachten kann.

Ein Winkelhebelgestange 1tj das von dem rückwärtigen Teil 1 aus betätigbar ist, dient zur Yerschiebung des Sehweißorgans an Gleitschienen 12, die an dem Tragstück

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sitzen; die Achsen des Kolbens 9 und die FührungSachsen der Gleitschienen 12 liegen senkrecht zueinander. Eine Haube 8 umgibt schützend den gesaraten vorderen Teil 4; in dieser Haube befindet sich eine Öffnung 18, die einen Durchtritt des Schweißorgans bzw. der Schweißelektrode " möglich macht. Eine Schutzvorrichtung 13, die mit kleinen Löchern versehen ist, aus denen ein Schutzgas austritt, und die sich in der Höhe der zu sehweißenden Zone befindet, φ sorgt für eine Verringerung der Oxydation der Rohre während des Schweißvorgangs.

Der oben erwähnte Motor dient zur Drehung des Schweißkopfs. .. ■ " ■

An dem äußeren Zylinder gehäuse des Kolbens 9 ist eine Zahnstange 20 vorgesehen. Ein mit dem Tragstück 10 fest verbundenes Potentiometer 17» das mit einem Zahnrad 22 fest gekuppelt ist, hat eine Widerstandsregelung zwischen _Ä einem seiner Enden und einem beweglichen Einstellkontakt,' dessen Lage sich bei einer Bewegung des Kolbens verschiebt, indem die Zahnstange 20 auf das Zahnrad 22 wirkt.

Bs ist darauf hinzuweisen, daß bei serienmäßig durchgeführten Elektro-Schweißungen eine konstante Güte erzielbar ist, wenn die Stromstärke des Schweißstromes konstant gehalten wird und die Lichtbogenspannung einen ge-

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nau festgelegten Wert hat« Es ist leicht, eine konstante Stromstärke einzuhalten, wenn man eine geeignete Stromquelle entsprechender Ausführung zur Verfügung hat.

Andererseits ist es schwierig, eine konstante Lichtbogenspannung zu erzielen, denn diese Spannung verändert sieh mit der Länge des Lichtbogens, d.h. mit dem Abstand zwischen der Elektrode des Schweißorgans 5 und des* zu schweißenden Zone 16. φ

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schweißkopfs ist die folgendes

Der gesamte Schweißkopf wird in einen Hohlraum eingeführt, der beispielsweise aus zwei Bohren 14 und 15 besteht, die miteinander längs einer Kreis-Kranzζone 16 verschweißt werden sollen» Zunächst wird dem Servoventil 6 ein Befehl von außen erteilt, indem man ein Potentiometer betätigt, das identisch mit dem Potentiometer 17 ist. Das Servoventil 6 bewirkt in Abhängigkeit von der Richtung m der Abweichung in den Stellungen der beiden Potentiometer ein einseitiges Beaufschlagen des doppelseitig wirkenden Kolbens 9 (Pfeil F 2 oder P 3), bis über die Zahnstange, welche das Potentiometer 17 betätigt, das elektrische Gleichgewicht wieder hergestellt ist» Der Kolben 9 hat dann das Tragstück 10 und infolgedessen das Schweißorgan mitgenommen, das sich in Richtung der Achse der Elektrode

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bewegt. Sobald die von außen eingestellte Lage erreicht ist, sperrt das Servoventil die weitere Speisung des Kolbens, der dadurch blockiert wird; gleichzeitig wird auch die Elektrode in einem Schweißdurchmesser blockiert, der der gegenüber den beiden zu verschweißenden Teilen und 15 günstigsten Lage der Elektrode entspricht.

Bis hierher handelt es sich um die Steuerung⁵der Einstellung, wobei die Elektrode dann in der gewählten Stellung mit einem Abstand von der Schweißnaht unbeweglich stehen bleibt«

Während des Schweißvorganges wird ein konstanter Abstand zwischen der Elektrode und den zu verschweißenden Teilen gehalten. Dieser Abstand ist abhängig von der Lichtbogenspannung V zwischen der Elektrode des Schweißorgans 5 und den zu verschweißenden Teilen 14 und 15. Wenn V_Q eine genau bestimmte Referenzspannung bedeutet, so ist der Strom, der zur Betätigung des Servoventils 6 diesem zugeführt wird, abhängig von der Spannungsdifferenz V - V_Q; dieser Strom veranlaßt das Servoventil, den Kolben 9 von der einen oder anderen Fläche her zu beaufschlagen, um den Abstand zwischen der Elektrode und den zu verschweißenden Teilen auf dem ursprünglich eingestellten Wert konstant zu halten. Eine derartige Steuerung, für die man zur Betätigung des Kolbens hohe Drücke anwenden kann, gestattet es, ein sehr schnelles Ansprechen zu er-

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zielen»

Außerdem wird über das Winkelhebelgestänge 11 dem
Schweißorgan eine Pendelbewegung (Pfeil F 4) innerhalb
der Führung durch die Grleitsehienen 12 erteilt; die Ge- ~ schwindigkeit dieser Pendelbewegung ist regelbar, indem — man die Spannung des Antriebsmotors regelt» _

Eine derartige Vorrichtung macht es möglich, in der ~ Zone 16 eine Schweißung durchzuführen, ohne daß die Elek— trode des Schweißorgans 5 einen Kreis in einer Ebene paral= IeI zur Ringzone ausführt; die hydraulische Regelung korrigiert ihrerseits selbsttätig Veränderungen des Abstandes

zwischen Schweißelektrode und zu schweißendem Stück»

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Claims

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Patentansprüche

1. Schweißkopf mit einem hinteren Teil zum Einführen und Blockieren des Schweißkopfes in einen bzw. einem Hohlraum, indem eine Sohweißung längs einer lingzone ausgeführt werden soll, und mit einem vorderen Teil, der

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von außen her oder vom Inneren des Hohlraumes aus in drehbewegung versetzbar ist, d a d u r c h ge k e η η ze ic h η e t, daß der hydraulisch steuerbare Schweißkopf ein Schweißorgan (5) enthält, das an einem Halte- ~~ stück befestigt ist und zusammen mit dem vorderen Schweiß-kopfteil (4) drehbar ist, daß ein von außerhalb des Hohl=^ räumes zu steuerndes Servoventil (6) einen doppelseitig beaufschlagbaren Kolben (9) steuert, der fest mit einem Tragstück des Schweißorgans verbunden ist« und daß ein Winkelhebelgestänge (11), das von dem rückwärtigen Teil (fj des Schweißkopfes aus bewegbar und in Gleitschienen (12) — am Tragstüok (10)verschiebbar ist, wobei das Schweiß- _ organ unter der Wirkung des von dem Servoventil gasteuer- _ t@n Kolbens längs seiner Ae.hae bewegbar und unter dar Wirkung des Winkelhebelgestäagee in eine Pendelbewegung versetzbar ist und die beiden Bewegungen es erlauben, das

stets in die gewünschte stellung ία eQ&w«iBeMea Sone zu

naoß Anspruch U dadurch

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daß mit dem doppelseitig beaufschlagbaren Kolben (9) ein Steuerpotentiometer (17) gekuppelt ist, daß der Kolben und infolgedessen das Schweißorgan (5) dann blockiert «erden, wenn der Läufer des Potentiometers eine Stellung erreicht hat, die einer ausgewählten Stellung des Schweiß organs bzw. einer Schweiß-Elektrode gegenüber der au schweißenden Zone (16) entspricht, ^J

3. Schweißkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Lichtbogenspannung (V) zwischen der Elektrode des Schweißorgans (5) und der zu schweißenden Zone (■ 16) und einer Referenzspannung (V₀) der Betatigungsstrom des Servoventils (6) Funktion der Differenz V-V₀ ist und daß der Abstand zwischen dieser Elektrode und der zu schweißenden Zone stets selbsttätig auf seinem ursprünglich eingestellten Wert geha^^^

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