DE1900509C3

DE1900509C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Schweißvorganges beim einseitigen Lichtbogen-Verbindungssehweißen

Info

Publication number: DE1900509C3
Application number: DE19691900509
Authority: DE
Inventors: Hisao Takatsuki Osaka Goto (Japan)
Original assignee: Osaka Transformer Co Ltd
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1969-01-07
Filing date: 1969-01-07
Publication date: 1979-10-31
Also published as: DE1900509A1; DE1900509B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Schweißvorganges beim einseitigen Lichtbogen-Verbindungsschweißen unter Verwendung gekehlter, elektrisch leitender, gegen die Werkstücke isolierter Unterlegschienen und längs der Fugenunterseiten angeordneter Fühlvorrichtungen, die durch den fortschreitenden Lichtbogen mittelbar beeinflußt werden und Stellvorrichtungen für die Schweißkreiswerte betätigen.

Bei einem aus der US-PS 31 23 705 bekannten Verfahren dieses Typs ist es wesentlich, daß die Unterlegschiene aus einem anderen Material als die Werkstücke bestehen und mit diesen bzw. mit der die Kehle der Unterlegschiene berührenden Schweißnaht ein Thermoelement bildet. Die zwischen Werkstück und Unterlegschiene abgegriffene Thermospannung läßt erkennen, ob eine größere oder geringere Wärmezufuhr für die einwandfreie Ausführung der Schweißnaht erforderlich ist. Dabei soll die stete Zunahme der Länge der Schweißnaht keinen nennenswerten Einfluß auf die erzeugte Thermospannung haben. Dennoch ist diese mehr quantitative Bestimmung der benötigten Schweißwärme in vielen Fällen zu ungenau und erlaubt es insbesondere nicht, den räumlich voranschreitenden Lichtbogen an seiner jeweiligen Stelle exakt zu erfassen und relativ schnell die Schweißkreiswerte nachzuregeln.

Ein ebenfalls bekanntes Verfahren nach der US-PS 34 58 104 verwendet statt der gegen die Werkstücke isolierten Unterlegschiene eine nichtleitende Unterlegschiene und einen in die Kehle der Unterlegschiene eingelegten elektrischen Leiter, der mit der die Kehle berührenden Schweißnaht ein Thermoelement bildet. Auch hierdurch ist im wesentlichen nur eine quantitative Bestimmung der Schweißwärme möglich.

In der DE-AS 10 53 113 sind Möglichkeiten zur genaueren Messung der Eindringtiefe des Lichtbogens in die Schweißfuge genannt Die Eindringtiefe kann durch Helligkeitsmessung des Lichtbogens von der Unterseite der Verbindungsnaht vermittels Fotozellen 5 oder durch Messen des Schweißgeräusches vermittels eines an der Unterseite der Verbindungsnaht mitgeführten Mikrofons oder durch optische Breitenmessung des Lichtbogenfußpunktes von der Nahtunterseitc bestimmt werden. Diese Meßmethoden sind jedoch wegen

ίο der aufwendigen Handhabung und der Empfindlichkeit der Meßfühler für die Praxis wenig geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Schweißvorganges zu schaffen, das trotz einfachster und robuster Handhabung ein relativ genaues und schnelles Regeln der Schweißkreiswerte ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kehle der Unteriegschiene mit einem Flußmittel gefüllt wird, daß als Flußmittel ein Schweißpulver aus

halbleitendem Material mit Heißleitereigenschaft verwendet wird und daß die elektrischen Widerstandswerte des Schweißpulvers unter dem Lichtbogen an der Schweißstelle fortlaufend gemessen und zur Betätigung von Stellvorrichtungen für die Schweißkreiswerte verwendet werden.

Die Verwendung eines in die Kehle einer Unterlegschiene eingefüllten Flußmittels ist an sich bekannt, z. B. aus der US-PS 33 51 734. Hier dient das Flubmittel aber lediglich zi.r besseren Schweißnahtausbildung an der

Jo Nahtun.erseite; die Unterlegschiene ist dabei gegen die Werkstücke nicht isoliert.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung als Flußmittel ein Schweißpulver aus einem halbleitenden Material mit Heißleitereigenschaft benutzt, das reversibei bei niedrigen Temperaturen einen hohen und bei hohen Temperaturen einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt. Die elektrischen Widerstandswerte können dann schnell und problemlos an der Schweißstelle direkt unter dem Lichtbogen fortlaufend und mit großer Genauigkeit gemessen und zum Regeln der Schweißkreiswerte verwendet werden.

Dabei ist es ein wesentlicher Vorteil, daß die örtliche Veränderung der elektrischen Widerstandswerte des Schweißpulvers ebenso erfaßt werden wie die Intensität des Lichtbogens und dessen Eindringtiefe in die Schweißfuge. Der elektrische Widerstand, bei dem die Schweißbedingungen und die Schweißnahtausbildung optimal sind, kann für ein spezielles Schweißpulver mit Heißleitereigenschaft leicht experimentell ermittelt

so werden, so daß dieser Sollwert im Regelkreis ständig mit dem Istwert vergleichbar ist. Dabei ist in der Praxis der robuste Einsatz der Unterlegschiene und des Schweißpulvers auch weiterhin gewährleistet, ohne daß eine dadurch verursachte Meßungenauigkeit befürchtet werden müßte.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zur fortlaufenden Erfassung der elektrischen Widerstandswerte des Schweißpulvers die Werkstücke und die Unterlegschiene mit einer Meßstromquelle und einer Meßeinrichtung verbunden sind, deren Meßwerte des temperaturabhängigen Stromdurchganges durch das halbleitende Material als Eingangsignale auf Steuervorrichtungen geschaltet sind.

*>"> Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es cigt
Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schnitt, der rechtwinklig zur Schweißnaht liegt

F i g. 2 die Anordnung nach F i g. 1 in einem Schnitt längs der Schweißnaht

Nach den F i g. 1 und 2 ist eine verschiebbare Unterlegschiene 5, beispielsweise eine Kupferplatte, mit einer einen Widerstand bildenden und elektrisch isolierenden Schicht 11 versehen. Diese Isolierschicht befindet sich auf der Oberseite der Unierlegschiene 5 zu beiden Seiten der in Längsrichtung verlaufenden Kehle 5c Die Unterlegschiene ist unter den Werkstücken 3 angeordnet, wobei die Isolierschicht 11 zwischen der Unterlegschiene und den Werkstücken lieg».

Das vordere Ende der verschiebbaren Unterlegschiene 5 besitzt eine schräg angeordnete Bohrung 5', die in der Kehle 5c der Schiene mündet. Durch diese Bohrung wird laufend aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter Flußmitte! 10 in die Kehle eingefüllt, so daß stets an der Schweißstelle unterhalb des Lichtbogens eine ausreichende Menge Flußmittel vorrätig ist >u

Gemäß der Erfindung wird als Flußmittel ein Schweißpulver aus halbleitendem Material verwendet, das reversibel bei niedriger Temperatur einen hohen und bei hoher Temperatur einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt.

Des weiteren ist eine Meßstromquelle 12 vorhanden, deren einer Pol an den Werkstücken 3 aniiegt und deren anderer Pol über eine Meßeinrichtung 15, bestehend aus einem Widerstand 14 und einem Amperemeter 13, mit der Unterlegschiene 5 verbunden ist.

Ist beim Schweißvorgang beispielsweise der Einbrand nur ungenügend, so ist die auf das Flußmittel 10 übertragene Wärmemenge ebenfalls nur gering, wodurch das Flußmittel nur teilweise oder überhaupt keine Schlacke bildet Dementsprechend ist der elektrische Widerstand des Flußmittels relativ hoch und es kann nur ein geringer Strom durch die Werkstücke 3 zur Unterlegschiene 5 fließen.

Ist andererseits der Schweißvorgang optimal eingestellt, dann ist auch die Eindringtiefe des Lichtbogens bzw. der Einbrand der Schweißnaht in die Werkstücke ausreichend groß, so daß das Flußmittel weitgehend schmilzt und einen nur geringen elektrischen Widersland besitzt In diesem Fall wird ein relativ hoher Stromdurchgang unmittelbar unter dem Lichtbogen 4 gemessen. In den Bereichen, die im Augenblick des Schweißens von dem Lichtbogen 4 weiter entfernt sind, ist ein größerer elektrischer Widerstand des Flußmittels bzw. der Schlacke vorhanden und der Stromdurchgang geringer.

Wird beispielsweise eine Lichtbogenschweißung mit getauchtem Lichtbogen durchgeführt und als Flußmittel Glas, Glasband oder Glasfaser benutzt, dann fällt der elektrische Widerstand des Füllmittels bei Temperaturen über mehrere 100°C scharf ab. In Abhängigkeit von der Temperatur des Flußmittels und von der Größe der Kontaktbereiche zwischen Flußmittel und Werkstück einerseits und Flußmittel und Unterlegschiene andererseits fließt ein mehr oder weniger großer Strom, der unterhalb des Lichtbogens 4 sein Maximum erreicht und mit zunehmendem Abstand vom Lichtbogen 4 nur geringere Meßwerte aufweist.

Die Meßwerte des Stromdurchganges werden fortlaufend gemessen und zur Betätigung von Stellvorrichtungen für die Schweißkreiswerte verwendet. Dies kann bei einfacheren Vorrichtungen durch Handbetätigung oder aber automatisch durch einen mit der Schweißvorrichtung verbundenen Regelkreis erfolgen.

Hierzu 1 BIaI* Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln des Schweißvorganges beim einseitigen Lichtbogen-Verbindungsschweißen unter Verwendung gekehlter, elektrisch leitender, gegen die Werkstücke isolierter Unterlegschienen und längs der Fugenunterseite angeordneter Fühlvorrichtungen, die durch den fortschreitenden Lichtbogen mittelbar beeinflußt werden und Stellvorrichtungen für die Schweißkreiswerte betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kehle der Unterlegschiene mit einem Flußmittel gefüllt wird, daß als Flußmittel ein Schweißpulver aus halbleitendem Material mit Heißleitereigenschaft verwendet wird, und daß die elektrischen Widerstandswerte des Schweißpulvers unter dem Lichtbogen an der Schweißstelle fortlaufend gemessen und zur Betätigung von Stellvorrichtungen für die Schweißkreiswerte verwendet werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur fortlaufenden Erfassung der elektrischen Widerstandswerte des Schweißpulvers (10) die Werkstükke (3) und die Unterlegschiene (5) mit einer Meßstromquelle (12) und einer Meßeinrichtung (13, 14, 15) verbunden sind, deren Meßwerte des temperaturabhängigen Stromdurchganges durch das halbleitende Material als Eingangssignale auf Steuervorrichtungen (8) geschaltet sind.