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VERFAHREN ZUM REGELN DER CHEMISCHEN SCHWEIlNAHTZU SAMMENSETZUNG und
(oder) DER NAHTLAGE IN BEZUG AUF DEN STOß und (oder) DER DURCHSCHWEIßTIEFE BEIM
SCHMELZSCHWEIBEN UND VORRICHTUNG Z17k DURCHFUHREN DES VERFAHRENS Vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Verfahren zum Regeln einiger Parameter des Schweißprozesses beim
Schweißen von sowohl ungleichartigen als auch gluhartigen Metallen und genauer auf
Verfahren zum Regeln der chemischen Schweißnaht zusammensetzung und (oder) der NahBlage
in bezug auf den Stoß und (oder) der Durchschweißtiefe beim Schmelzschweißen und
auf Vorrichtungen zum DurchfUhren der Verfahren.
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Zur Zeit ist eine Vorrichtung zum Regeln der Durchschweißtiefe beim
Stoßschweißen von Metallen vorhanden, bei der die von der Nahtwurzel ausgehende
Strahlung mit Hilfe eines Fotogebers (Fotowiderstands) aufgefangen wird, der auf
der Naht~ wurzelseite angeordret ist (s. beispielsweise A.I Akulow, W.K. Isatschenko
"Selhsttätiges Regelsystem für Durchschweißung beim Lichtbogenschweißen", Fachzeitschrift
Swarotschnoje Proiswodstwo" (Schweißproduktion), Nr. 8, 1961, UdSSR).
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Es ist jedoch in einer Reihe von Fällen unmöglich, den Fotogeber
auf der Nahtwurzelseite anzuordnen. Außerdem kann beim Schweißen von überlappten
Verbindungen die Strahlung von der der Elektrode entgegengesetzten Seite zu schwach
sein; insbesondere ist dies der Fall beim Zusammenschweißen von dUnnen Teilen mit
dicken, so daß die Verwendung der erwähnten Vorrichtung unmöglich wird,
In
einer Reihe von Fällen sind die Durchschweißtiefe und andere geometrische Schweißnahtmaße
nicht die einzigen Kriterien für die Güte der Schweißverbindung. So ist es beim
Schweißen von ungleichartigen Metallen sehr wichtig, Nähte mit bestimmter chemischer
Zusammensetzung zu erhalten. Jedoch ist bis jetzt kein Verfahren zum Regeln der
chemischen Schweißnahtzusammensetzung unter Verwendung der Lichtstrahlung der geschmolzenen
Metalls in der Praxis bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Regeln der chemischen Nahtzusammensetzung und (oder) der Nahtlage in bezug auf
den Stoß und (oder) der Durchschweißtiefe beim Schmelzschweißen zu entwickeln sowie
Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die auf dem Prinzipe
beruhen, Information (in Form von Strahlung) aus der Schweißzone direkt während
des Schweißprozesses zu erhalten.
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Die gestellte Aufgabe wird mit Hilfe eines solchen Verfahrens zum
Regeln der chemischen Schweißnahtzusammensetzung und (oder) der Nahtlage in bezug
auf den Stoß und (oder) der Durchschweißtiefe beim Schmelzschweißen gelöst, bei
dem erfindungsgemäß Strahlung aus der Schbeißzone aufgefangen wird, Spektrallinien
mindestens eines Elements, das sich in der Schweißzone befindet, abgesondert werden
und anhand der Helligkeit der erwähnten Linien die chemische Nahtwerkstoffzu sammensetzung
und {oder) die Nahtlage in bezug auf den Stoß und (oder) die Durchschweißtiefe bestimmt
sowie danach diese
durch änderung der Schweißbedingungen oder der
Elektrodenlage in bezug auf den Stoß geregelt werden.
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Es ist zweckmäßig, beim Regeln der chemischen Schweißnaht zusammensetzung
während des Schmelzschweißens von ungleichartigen Metallen die aus der Schweißzone
kommende Strahlung der Dämpfe der geschmolzenen Metalle aufzufangen, die Spektrallinien
mindestens eines Elements, das zum Bestand der zu verschweißenden Metalle gehört,
abzusondern, und anhand der Helligkeit der erwähnten Linien die chemische Zusammensetzung
des Nahtwerkstoffs zu bestimmen sowie danach diese durch snderung der Elektrodenlage
in bezug auf den Stoß und (oder) der Schweißbedingungen zu regeln.
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Es ist zweckmäßig, zum Regeln der Naht lage in bezug auf den Stoß
entsprechend dem obenbeschriebenen Verfahren beim Schweißen in Schutzgasatmosphäre
von vorzugsweise gleichartigen Metallen in die Schweißzone ein Gas einzuführen,
das die Nahtwurzel gegen Oxydierung schützt und das sich seiner chemischen Zusammensetzung
nach von den die Schutzgasatmosphäre bildenden Gasen unterscheidet, die Strahlung
aus der Schweiß~ zone aufzufangen und Spektrallinien mindestens eines Elementes
des Gases für den Nahtwurzelschutz abzusondern und anhand der Helligkeit der erwähnten
Linien die Naht lage in bezug auf den Stoß zu bestimmen sowie danach diese durch
Änderung der Elektrodenlage in bezug auf den Stoß zu regeln.
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Das erfindungsgemäße Regelverfahren wird mittels einer
Vorrichtung
durchgeführt, bei der ein starr mit der Elektrode verbundener Spektralgeber mit
fotoelektrischem Empfänger verwandt wird, die gemeinsam die Strahlung aus der Schweißzone
in ein elektrisches Signal für die Steuerung des Werks zum Regeln der chemischen
Nahtzusammensetzung und (oder) der Nahtlage in bezug auf den Stoß und (oder) der
Durchschweißtiefe umwandeln, wobei sich die optische Geberachse in einer der durch
die Elektrodenachse gehenden Ebenen befindet.
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Die Naht lage in bezug auf den Stoß kann beim Schweißen in Schutzgasatmosphäre
von vorzugsweise gleichartigen Metallen am wirksamsten mit Hilfe einer Vorrichtung
geregelt werden, die zwei Sektralgeber mit fotoelektrischen Empfängern enthält,
welche starr mit der Elektrode verbunden und symmetrisch zu deren Achse angeordnet
sind. Hierbei sind die fotoelektrischen Empfänger Teile einer Brückenschaltung.
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispiele
derselben und anhand beiliegender Zeichnungen erläutert; es zeigt Fig. 1 das Block-Schema
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Regeln der chemischen Nahtzusammensetzung
und (oder) der Nahtlage in bezug auf den Stoß und (oder) der Durchschweißtiefe beim
Schweißen ungleichartiger Metalle, Fig, 2 eine Stoßverbindung ungleichartiger Metalle,
bei deren Schweißen die erfindungsgemäße Vorrichtung die Naht lage in bezug auf
die Stoßlinie regelt,
Fig, 3 eine überlappte Verbindung unglühartiger
Metalle, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung die Durohweißtiefe regelt, Fig.
4 eine erfindungsgemäße Stoßverbindung glühartiger Metalle, die auf zurückbleibender
Unterlage verschweißt werden, Fig. 5 das Block-Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Regeln der Nahtlage in bezug auf den Stoß beim Schweißen gleichartiger Metalle7
Fig. 6 die erfindungsgemäße Anordnung der Spektralgeber in bezug auf die Elektrodenachse
und Fig. 7 die Kurve, durch die die Abhängigkeit der Konzentration des die Nahtwurzel
schützenden Gases vom Abstand zwischen Elektrode und Stoßlinie gekennzeichnet wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Regeln der chemischen Nahtzusammensetzung
und (oder) der Nahtlage in bezug auf den Stoß und (oder) der Durchschweißtiefe enthält:
Spektralgeber 1 (Fig. 1) mit fotoelektrischem Empfänger 2, wobei ersterer starr
mit dem Elektrodenhalter 3 verbunden ist; Verstärker 4 für das vom fotoelektrischen
Empfänger 2 eintreibende Signal; Element 5 zum Vergleichen des vom Verstärker 4
ankommenden Signals mit dem Eichnormal; Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer 6 und
Servomechanismus 7.
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Das Vergleichselement 5 besteht in diesem Falle aus zwei Widerständen;
für den Umformer 6 wird ein Multivibrator verwendet, Als Servomechanismus 7 beim
Regeln der Nahtlage
in bezug auf den Stoß dient ein reservierbarer
Gleichstrom~ motor.
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Der Spektralgeber 1 mit fotoelektrischem Empfänger 2 wird so angeordnet,
daß die optische Achse des Gebers 1 in einer der durch die Achse der Elektrode 8,
welche starr im Elektrodenhalter 3 befestigt ist, gehenden Ebenen liegt und daß
die Strahlung aus der Schweißzone in den Geber 1 gelangt.
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Beim Stoßschweißen von ungleichartigem Metallen (Fig.2) hängt das
Aufrechterhalten der vorgegebenen chemischen Naht~ zusammensetzung vom Konstanthalten
der vorgegebenen Lage der Elektrode 8 in bezug auf die Stoßlinie ab. Wenn sich die
Elektrode in der Stoßlinie befindet, erhält die Naht in bestimmter Konzentration
Elemente der Metalle nan und "b" was von dem Anteil dieser Metalle an der Naht formung
abhängt. Wenn die Elektrode in Richtung der einen oder anderen Seite vom Stoß abweicht,
so wächst oder sinkt in der Naht die Konzentrat ion der Elemente, die in den Metallen
"a" und "b" enthalten sind. Es braucht nicht, um zu erfahren, in welcher Richtung
die Elektrode 8 vom Stoß abgewichen ist, die chemische Naht zusammensetzung bestimmt
werden. Es ist ausreichend, die Konzentrationsänderung eines der Elemente zu bestimmen,
das im gegebenen Fall als Indikator dient.
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Als Indikatorelement ist ein solches Element zu wählen, das sich
in einem der zu verschweit3enden Metalle oder in beiden, aber in unterschiedlichen
Mengen, befindet.
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Beim Uberlappschweißen von ungleichartigen Metallen an H und nbn
(Fig. 3) und beim Schweißen von gleichartigen Metallen
auf urückbieibender
Unterlage 9 (Fig. 4) hängt die Vergrö ßerung der Durchschweißtiefe (bei Durchschweißtiefe
der größeren Dicke des obenliegenden Metalls Wa") von der Anderung in der Schweißnaht
der Konzentration von Elementen ab, die zum Metall "bn, das unten liegt (Fig. 3),
oder zur Unterlage g (Fig. 4) gehören. Das Prinzip bei der Wahl des Indikator~ elements
zum Regeln der Durchschweißtiefe bleibt dasselbe wie beim Stoßschweißen von ungleichartigen
Metallen.
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In diesen Fällen kann als Servomechanismus 7 ein Mittel zum Ändern
der Stromstärke des Schweißlichtbogens bei Änderung der Intensivität der Linie des
Indikatormetalls am Ausgang des fotoelektrischen Empfängers des Spektralgebers dienen.
Als Servomechanismus kann auch der Motor zur Elektrodenverschiebung in Sohweißrichtung
und in einigen Fällen der Motor zum Korrigieren der Lichtbogenlänge verwandt werden,
wobei beide Motore mit der Elektrode verbunden sind. Daher kann mit Hilfe dieser
Servomechanismen die Lichtbogenenergie und folglich auch die Durchschweißtiefe geregelt
werden.
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In Fig. 5 und Ç sind Schema und Teile der Vorrichtung zum Regeln
der Schweißnahtlage in bezug auf den Stoß beim Schweißen gleichartiger Metalle in
SchutzgasatmOsphäre gezeigt.
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Die Vorrichtung enthält: zwei Spektralgeber 10 und 11 (Fig. 5 und
6) mit fotoelektrischen Empfängern 13 und 14, die starr mit dem Elektrodenhalter
verbunden sind, Verstärker 15,
Umformer 16 und Servomechanismus
17. Als Servomechanismus dient bei der gegebenen Vorrichtung der Motor zum Korrigieren
der Elektrodenlage in bezug auf den Stoß. Die zu schweißende Metalle werden auf
Unterlage 18 gelegt, die Rille 19 besitzer Spektralgeber 10 und 11 werden symmetrisch
zur Achse der im Elektrodenhalter 12 befestigten Elektrode 20 aneordnet. Die fotoelektrischen
Empfänger 13 und 14 sind Glieder einer Brukkenschaltung.
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Da beim Schweißen von gleichartigen Metallen sich in der Schweißzone
keine Elemente befinden, deren Konzentration sich bei der Änderung der Elektrodenlage-
in bezug auf den Stoß ebenfalls änderte, wird ein solches Indikatorelement in Form
von Schutzgas ftir die Nahtwurzel zugeführt. Die chemische Zusammensetzung des die
Nahtwurzel schützenden Gases söll sich von der Zusammensetzung des in die Schweißzone
geleiteten Gases unterscheiden.
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In Fig. 7 ist die Kurve gezeigt, welche die Abhängigkeit der Indikatorgaskonzenztation
vom Abstand zwischen Elektrode und Stoßlinie kennzeichnet. Diese Kurve erläutert
die Funktionsweise der Vorrichtung. Auf der Ordinatenachse ist die Konzentration
des Schutzgases für die Nahtwur7,el und auf der Abszissenachse der Abstand bis zur
Stoßlinie abgetragen.
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Die auf Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.
Beim Schweißen von unglelchartigen Metallen 'a" und "b" (Fig, 2) gelangt die Strahlung
aus der Schweißsõne in den Spektralgeber 1, der zuvor auf dás Absondern einer der
Linien
welche dem Indikatorelement eigen sind, eingestellt ist. Die Helligkeit der Spektrallinie
hängt von der Konzentraktion des Elements in der Schweißzone ab. Anwachsen oder
Vermindern der Indikatorkonzentration in der Naht ruft entsprechende Höhenänderung
des elektrischen Signals am Ausgang des fotoelektrischen Empfängers 2 hervor. Das
erhaltene Signal gelangt nach seiner Verstärkung durch den Verstärker 4 zum Vergleichs
element 5 und dann nach seiner Umwandlung im Umformer 6 zum Servomechanismus 7,
der die Elektrode in die Stoßmitte (oder in eine Lage mit vorgegebener Verschiebung
in bezug auf die Stoßlinie) zurückführt und auf diese Weise die chemische Nahtzusammensetzung
regelt.
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Beim Überlappschweißen von ungleichartigen Metallen (Fig. 3r ändert
der Servomechanismus 7 in Abhängigkeit von der Mhe des Signals des Spektralgebers
1 die Durohschweißtiefe oder hält sie im vorgegebenen Bereich konstant.
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Beim Stoßschweißen von gleichartigen Metallen auf zurückbleibender
Unterlage 9 (Fig. 4 ) ändert der Servomechanismus 7 in Abhängigkeit von der Höhe
des Signals des Spektralgebe rs 1 die Durchschweißtiefe in der Unterlage 9 und gewährleistet
hierdurch garantierte Durchschweißung der Verbindung.
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Die auf Fig. 5 dargestellte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.
Beim Stoßschweißen gleichartiger Matalle (Fig. 6) im Schutzgasatmosphäre wird vor
dem Schmeißbeginn Schutzgas fUr die Nahtwurzel über Rille 13 in die Schutzgasatm@sphäre
geleitet. Auf die Unterlage 18 widerum werden die zu schweißenden
Metalle
naß gelegt. Beim Zünden des Lichtbogens wird in diesem vorhandenen Indikatorgas
durch die Geber 10 und 11 fixiert, welche auf das Absondern einer der Linien des
Schutzgases für die Nahtwurzel eingestellt sind. Wenn die Elektrode sich genau über
der Stoßlinie befindet, nehmen die fotoelektrischen Empfänger 13, 14 (Fig. 5) gleichgroße
Strahlung auf, da die Indikatorgaskonzentration symmetrisch in bezug auf die Stoßlinie
verteilt ist. Abweichen der Elektrode auf die eine oder andere Seite vom Stoß ruft
entsprechendeVergroßerung des Signals in einem der fotoelektrischen Empfänger und
Verminderung z anderen hervor, wodurch Unbalanz in der Brückenschaltung abgenommene
Signal gelangt über Verstärker 15 und Umformer 16 zum umkehrbaren Servomotor, welcher
die Elektrode in die Stoßmitte zurückführt.
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Die vorliegende Erfindung gestattet es, beim Schmelsschweißen von
sowohl ungleichartigen als auch gleichartigen Metallen die chemische Schweißnahtzusammensetzung,
die Schweißrastlage in bezug auf den Stoß und die Durchschwetßtiefe zu regeln. Die
Paraneter können sowohl jeder einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen miteinander
geregelt werden Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, daß die
erwähnten Parameter direkt während des Schweißens geregelt werden.