DE2004688A1 - Selbsttätige Steuerung für Plasma-Schweißeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Steuerungseinrichtung zum Plasma-Bogenschweißen.

Einrichtungen zum Plasma-Bogenschweißen sind an sich bekannt und weisen einerseits eine Kathoden-Elektrode auf, die in einem Brenner angeordnet ist, und andererseits eine Anoden-Elektrode, welche von dem zu schweißenden Stück gebildet wird. Zwischen den beiden Elektroden liegt eine hohe Spannung, und ein Haupt- oder mittlerer Gasstrom eines Edelgases, z.B. Argon, und ein konzentrischer Schutzgasstrom, der aus einem inerten Gas, etwa aus Argon oder einem ähnlichen Gas besteht, werden vom Brenner auf das Schweißstück gerichtet. Der Hauptgasstrom wird durch die elektrische Energie zu einem schweißenden Plasma-Bogen aufgeheizt, der auf den Schweißfleck gerichtet ist, wie an sich bekannt ist. Anstelle des Edelgases kann auch Luft als Arbeitsgas für die Bildung des schweißenden Plasmas verwendet werden.

Ein Hauptvorteil der Plasma-Bogenschweißung besteht darin, dass das Schmelzen des Schweißstückes mit erstaunlicher Schnelligkeit bewirkt wird, da das Plasma eine hohe Flammentemperatur aufweist. Dadurch wird eine bedeutende Beschleunigung des Schweißvorganges erreicht. Ein zweiter Vorteil der Plasma-Bogenschweißung besteht in der Möglichkeit, einen feinen konzentrierten Bogen zu bilden, der eine hohe Energiedichte aufweist und dadurch besonders geeignet ist, um Schweißzungen mit hoher Genauigkeit auszuführen. Dabei werden im Wesentlichen die zahlreichen bekannten Nachteile vermieden, die bei gewöhnlichem Elektroschweißen auftreten, wie seitliche Schrumpfung, Winkelverformung oder ähnliche Fehler im Schweißstück.

Der Hauptzweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer selbsttätigen Steuerungseinrichtung für Plasma-Bogenschweißeinrichtungen der hier erwähnten Art. Derartige Einrichtungen sollen geeignet sein, höchst empfindlich auf die Schweißbedingungen anzusprechen, die jeweils auftreten, insbesondere bei der Schweißung von schweren Stücken.

Es ist bereits festgestellt worden, dass die physikalischen Eigenschaften des Loches, welches durch das Schweißstück mittels der Plasma-Flamme während des Schweißvorganges gebohrt wird, einen merklichen Einfluss auf die Ergebnisse des Schweißvorganges haben. Die günstigste Bildung des Loches hängt von verschiedenen Parametern ab, etwa der relativen Wanderungsgeschwindigkeit des Brenners, der

Fließgeschwindigkeit des Plasma-Gasstromes, dem Bogen-Strom, der Dicke des Schweißstückes usw..

Während des Schweißens dringt das Plasma zur Bildung eines Loches durch das Schweißstück hindurch. Am Ausgang des Loches wird das Austreten eines Flammenschweifes beobachtet. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Leuchtstärke eines solchen Flammenschweifes als Maß für die Steuerung der Brenner-Vorschubgeschwindigkeit gegenüber dem Schweißstück zu messen, um dadurch zu den günstigsten Schweißbedingungen zu gelangen. Die Leuchtfähigkeit des Plasmas hängt jedoch von einer Reihe verschiedener anderer Bedingungen ab, die gelegentlich schwanken und nicht gesteuert werden können. Daher hängt das abgegebene Signal nur unbestimmt von den zu steuernden Schweißbedingungen ab, so dass eine Steuerung nicht möglich ist.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass der Neigungswinkel des Plasma-Flammenschweifes als alleiniger Parameter für die Steuerung der Brenner-Vorschubgeschwindigkeit oder ähnlicher Schweiß-Parameter verwendet werden kann. Als zu steuernder Parameter können die relative Vorschub-Geschwindigkeit des Plasma-Brenners, die Zufuhr-Geschwindigkeit des Plasma-Gasstromes, der Bogenstrom oder ähnliche Faktoren genommen werden, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.

Entsprechend dieser Entdeckung besteht die Erfindung in einer selbsttätigen Steuerungseinrichtung zum Plasma-Bogenschweißen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Photo-Abtastvorrichtung zur einheitlichen Bewegung mit einem Plasma-Brenner gegenüber einem Schweißstück angeordnet ist, um den Neigungswinkel des Flammenschweifes des Schweiß-Plasmas zu messen und ein elektrisches Signal abzugeben, das einer Schweiß-Parameter-Steuerungseinrichtung zugeführt wird, welche elektrisch mit der Messeinrichtung verbunden ist.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte schematische Darstellung einer Plasma-Bogenschweißeinrichtung, die mit einer selbsttätigen Steuerung nach der Erfindung ausgestattet ist, Fig. 2 - 5 vereinfacht dargestellte Ansichten zur Veranschaulichung des Neigungswinkels des Flammenendteiles, den ein Plasma-Schweißbrenner gegenüber einem Schweißstück erzeugt, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Photo-Abtastvorrichtung, die ein Paar Photozellen enthält und zur Messung des Neigungswinkels des Endes der Plasma-Flamme dient, Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm eines elektrischen Steuerkreises, der in der selbsttätigen Steuerungseinrichtung nach der Erfindung verwendet wird,

Fig. 8 zwei graphische Darstelllungen zur Veranschaulichung der Funktion eines Pulsgenerators, der als Teil des in Fig. 7 dargestellten Kreises zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit eines Schweißbrenners gegenüber einem Schweißstück verwendet wird, Fig. 9 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Steuerventilanordnung zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit des Plasma-Gasstromes und Fig. 10 ein Verdrahtungsbild eines abgewandelten Steuerkreises zur Steuerung des Schweißstromes anstelle der Brenner-Vorschub-Geschwindigkeit.

Zunächst werden anhand der Fig. 1 - 5 die Grundgedanken der Erfindung in einer ziemlich vereinfachten Form dargestellt.

Nach Fig. 1 ist eine Plasma-Brennereinheit 10 üblicher Bauart vorgesehen, die fest am freien Ende eines starren Haltearmes 11 angeordnet ist, den ein mit Rädern versehener Wagen 12 trägt, der entlang Führungsschienen 13 bewegbar ist, die nur zum Teil dargestellt sind.

Der Wagen 12 ist mit Rädern 119 versehen, die auf den Führungsschienen 13 laufen und durch ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe mechanisch mit einem Gleichstrom-Antriebsmotor 45 gekuppelt sind. Die mechanische Kupplung ist nur in einer vereinfachten Weise durch eine punktierte Linie 116 angedeutet.

Die Brennereinheit 10 weist in üblicher Form eine Wolfram-Kathode 14 auf, die elektrisch durch eine Leitung 18 mit der negativen Seite einer Gleichstrom-Hochspannungsquelle 15 verbunden ist.

Die Einheit 10 ist mit einer Gaskammer 10a ausgebildet, die durch eine nur vereinfacht als punktierte Linie dargestellte Leitung 10b mit einer Zufuhrleitung 16 verbunden ist, die ihrerseits an einen nicht dargestellten Argon-Gasvorrat zur Zufuhr von Plasma-Bogengas angeschlossen ist, wie noch nachstehend erläutert wird. Das Bogengas kann Argon, Krypton, Xenon oder eine Mischung dieser Edelgase oder stattdessen Luft sein. Ein inertes Schutzgas, etwa Argon, wird von einem nicht dargestellten Behälter durch eine gesonderte Zufuhrleitung 17 und einen Kanal 57, der nur durch eine punktierte Linie dargestellt ist, einer Hilfsöffnung 20 zugeführt, die in der Bodenwand der Brennereinheit 10 und um eine Hauptöffnung 49 herum ausgebildet ist, welche ebenfalls durch die Bodenwand gebohrt ist.

Unter dem bewegbaren Brenner 10 ist ein feststehendes Schweißstück 29 angeordnet, das nur vereinfacht und teilweise dargestellt ist. Dieses Stück ist elektrisch durch eine Leitung 21 mit der positiven Seite der Spannungsquelle 15 verbunden, so dass das Stück als eine Anoden-Elektrode dient. Der Innendurchmesser der Hauptöffnung 49 wird z.B. mit zwei Millimetern gewählt. Der Abstand zwischen der Bodenfläche der Einheit 10 und dem Schweißstück 29 beträgt z.B. 7 Millimeter. Innerhalb der Einheit 10 ist eine Kühlwasserkammer 22 ausgebildet, die mit einem Wassereinlassrohr 23 und einem Auslassrohr 24 für die Umwälzung des Kühlmittels verbunden ist.

Unter dem Stück 29 und einige Millimeter davon getrennt ist eine photoelektrische Winkelmesseinrichtung 25 angeordnet, die ein Paar photoelektrischer Zellen 25a und 25b enthält, siehe auch Fig. 6. Diese Zellen sind elektrisch durch Leitungen 26 - 29 mit einem elektronischen Komparator 30 verbunden, der in Fig. 1 nur durch ein Rechteck und ausführlich in Fig. 7 dargestellt ist. Der Ausgang des Komparators 30 ist durch Leitungen 32 und 33 mit einem üblichen Verstärker 31 verbunden, der in Fig. 1 vereinfacht durch einen Block und in Fig. 7 im Einzelnen dargestellt ist. Der Ausgang des Verstärkers 31 ist elektrisch durch eine Leitung 34 mit dem Steuerkreis 35 für den Läuferstrom verbunden. Dieser Kreis ist ebenfalls in Fig. 7 ausführlich dargestellt und dient zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Motors 45 und damit der Geschwindigkeit des Wagens 12 und der Brennereinheit 10, die in diesem Fall von rechts nach links in der Fig. 1 läuft, wie durch einen Pfeil 36 angedeutet wird.

Wahlweise oder zusätzlich kann der Ausgang des Verstärkers 31 durch die Leitungen 34, 56 mit einem Bogenstrom-Steuerkreis 37 oder durch die Leitungen 34, 38 mit einem Steuerkreis 39 für die Fließgeschwindigkeit des Plasma-Gases verbunden sein, wie noch erläutert wird.

Das Schweißstück 29 besteht aus zwei einander anstoßenden

Platten 29a und 29b, siehe Fig. 2 - 5.

In Fig. 2 ist vereinfacht der übliche Vorgang einer Plasma-Bogenschweißung dargestellt. Der Plasma-Bogen 40 tritt aus dem unteren Ende der Brennereinheit 10 aus und ist auf das Schweißstück 29 gegen einen Schweißpunkt gerichtet, der sich entlang der Fuge bewegt, die zwischen den aneinander stoßenden Schweißstückteilen 29a und 29b ausgebildet ist, wobei der Bogen durch das Stück 29 hindurchdringt und ein Loch 41 mit rückwärts gerichteter Neigung ausbildet, bezogen auf die Vorbewegung der Einheit 10 in der durch den Pfeil 36´ angedeuteten Richtung. Der Flammenschweif oder das Flammenende ist mit dem Bezugszeichen 42 versehen und bildet einen nach hinten gerichteten Neigungswinkel kleines Theta[tief]o.

Wenn der Wagen 12 und die Brennereinheit 10 mit einer Geschwindigkeit laufen, die viel kleiner als diejenige ist, die für die in Fig. 2 dargestellten günstigsten Schweißbedingungen vorzusehen ist, wird der Neigungswinkel des Flammenendes 42 auf einen größeren Wert kleines Theta[tief]1 ansteigen, siehe Fig. 3. In diesem Fall wird häufig ein Ausblasen von Material des Stückes 29 auftreten, ohne dass die gewünschte Schweißwirkung erreicht wird. Der Winkel kleines Theta[tief]1 nähert sich merklich einem rechten Winkel.

Bei einer merklich größeren Vorschubgeschwindigkeit der von dem Wagen 12 geführten Brennereinheit 10 erhält der Neigungswinkel einen kleineren Wert, etwa kleines Theta[tief]2, wie vereinfacht in Fig. 4 gezeigt ist.

In diesem Fall wird die Zeitspanne, die für das Schmelzen des Schweißmaterials zur Verfügung steht, kürzer als die richtig bemessene. Unter Umständen wird kein richtig geformtes Schlüsselloch erzeugt.

Aus diesen Ausführungen ergibt sich, dass zwischen den verschiedenen Winkelwerten die folgende Beziehung besteht: kleines Theta[tief]2 < kleines Theta[tief]0 < kleines Theta [tief]1

In Fig. 5 sind die vorstehend erläuterten verschiedenen Arbeitsweisen und die entsprechenden Winkel der Flammenenden zusammen dargestellt. In dieser Fig. sind die photoelektrischen Zellen 25a und 25b so angeordnet, dass nur die Zelle 25a das Licht wahrnimmt, das vom Plasma-Flammenende kommt und einen Neigungswinkel kleines Theta[tief]o hat, was den günstigsten Arbeitsbedingungen entspricht. Die Zelle 25a ist derart angeordnet, dass sie das Licht wahrnimmt, das von dem Flammenende mit einem Neigungswinkel kleines Theta[tief]1 abgegeben wird. Dieser Winkel genügt der folgenden Beziehung: und entspricht einer ungünstigen Schweißbedingung, bei welcher die relative Vorschubgeschwindigkeit des Brenners geringer als der genau Wert ist.

Die Photozellen 25a und 25b sind in fester Lagebeziehung zueinander und werden synchron zur Bewegung der Brennereinheit 10 bewegt. Zu diesem Zweck sind die Zellen 25a und 25 b starr an einem Haltearm angeordnet, der dem Arm 11 in Fig. 1 entspricht, aber im Einzelnen nicht dargestellt ist, und vom Wagen 12 gehalten wird, wie durch die punktierte Linie 26a angedeutet wird.

Das elektrische Ausgangssignal von beiden Photozellen 25a und 25b wird über den Verstärker 31 dem Steuerkreis 35 zugeführt. Wie noch in Verbindung mit Fig. 7 ausführlich erläutert wird, arbeitet der Steuerkreis 35, wenn das erste Element 25a das Licht von dem Flammenende wahrnimmt, in einer solchen Weise, dass die Vorschubgeschwindigkeit der Brennereinheit 10 erhöht wird. Andererseits wird die Steuerung, wenn das zweite Element 25b das Licht von dem Flammenende wahrnimmt, in entgegen gesetztem Sinn ausgeführt, d.h., dass die Vorschubgeschwindigkeit des Brenners verringert wird.

Die mit Photozellen arbeitende Winkelmesseinrichtung 25 ist in Fig. 6 im einzelnen dargestellt. Diese Einheit 25 weist das bereits erwähnte Paar photoelektrischer Zellen auf. In einer praktischen Ausführungsform haben diese Zellen die Form von Phototransistoren, die in einer Halterung 44 befestigt sind, die mit zwei parallel zueinander liegenden Lichtstrahl-Führungswegen 46 und 47 ausgebildet ist. Die Halterung 44 ist mit einem Deckel 48, einem Hauptgehäuse 50 und einer Bodenkappe 51 versehen.

Die Deckelkappe 48 ist mit einem Paar Lichtstrahl-Einlassöffnungen 53 und 54 ausgebildet, die senkrecht in Flucht mit den Kanälen 46 und 47 liegen, wobei ein Filterstück 52 dazwischengesetzt und auf das mit Gewinde versehene obere Ende 44a durch die Kappe 48 festgeschraubt ist. Zwischen dem Hauptgehäuse 50 und der Halterung 44 ist eine Kühlkammer 55 ausgebildet, um irgendeine mögliche Beschädigung der Einheit 25 durch Strahlungswärme vom Plasma-Bogen zu verhindern. Zu diesem Zweck ist das Hauptgehäuse 50 mit einem Kühlmitteleinlass 56 und einem Auslass 58 versehen. Die Bodenkappe 51 ist mit einer Öffnung 60 versehen, durch die die Leitungen 26 - 29 von den Phototransistoren 25a und 25b hinausgehen.

Es könnte denkbar sein, dass eine Zwischenlage auftritt, in welcher die Lichtstrahlen vom Flammenende zu den Eingängen beider Phototransistoren gelangen. Dies ist praktisch jedoch nicht möglich, da die Winkelmesseinheit 25 sehr richtungsempfindlich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Lichtzuführung über die Lichteinlassöffnungen 53, 54, den Lichtfilter 52 und die Lichtstrahlführungswege 46, 47 eine größere Menge aufweist, die sich als sehr wirksam erweist. Falls eine Zwischenstellung auftritt, wird auf den Steuerkreis praktisch keine Wirkung ausgeübt, wie noch erläutert wird. Der Durchmesser jedes Phototransistors beträgt allgemein etwa 2,5 mm. Der Zwischenabstand zwischen beiden ist allgemein auf etwa 0,5 mm eingestellt, obwohl nach Fig. 6 der Eindruck entsteht, als ob sie in seitlicher Berührung miteinander stehen. Diese Abmessungen können natürlich entsprechend der Dicke des Schweißstückes, der Brennervorschubgeschwindigkeit, der Größe des Plasma-Bogens und anderer verschiedener Schweißumstände abgewandelt werden. Da der Durchmesser des Plasmas allgemein etwa 2 mm beträgt und die Lücke zwischen den beiden Phototransistoren mit wesentlich geringerer Größe, nämlich etwa 0,5 mm, gewählt wird, besteht in der Praxis keine Gefahr, dass ein Lichtstrahl vom Flammenende nicht die Lichteinlässe der beiden Transistoren erreicht.

Nachfolgend werden mit Bezug auf Fig. 7 die elektronischen und elektrischen Schaltungsmittel erläutert, die in der erfindungsgemäßen selbsttätigen Steuerung verwendet werden.

In dieser Fig. ist die photoelektrische Winkelmesseinrichtung kurz als Winkelmesser bezeichnet und enthält Phototransistoren 25a und 25b, die vom Typ FPT 100 sein können (General Motor Company Norm), die auch in gleicher Weise auf die anderen Hauptschaltungsbestandteile angewendet werden kann. Die Empfindlichkeit des ersten Transistors 25a wird jedoch höher als die des zweiten Transistors 25b gewählt, vorzugsweise z.B. im Verhältnis von 2:1. Zwei Rückführleitungen 27, 28 von beiden Phototransistoren sind mit einem Anschlusspunkt 62 verbunden, von dem eine gemeinsame Leitung 63 über einen Widerstand R1 auf einen weiteren Verbindungspunkt 64 führt.

Die Leitung 26 ist elektrisch mit einer Reihe von vier Transistoren TR1 (Type 2N217), TR2 (Type 2N217), TR3 (Type 2N223) und TR4 (Type 2N223) verbunden. Der Transistor TR1 hat dieselbe Charakteristik wie der Phototransistor 25a und ist im Kreis so angeschlossen, dass er den Dunkelstrom ausgleicht und für die erforderliche Temperaturkompensation sorgt.

Die Transistoren TR2 und TR3 sind so angeordnet, dass sie eine Verstärkung des Ausgangssignales vom ersten Phototransistor 25a bewirken. Der Transistor TR4 der letzten Stufe dient zur erforderlichen Temperaturkompensation der vorhergehenden Verstärkertransistoren TR2 und TR3.

Die Leitung 29 vom zweiten Phototransistor 25b ist gleichfalls mit einer Reihe von vier Transistoren TR5, TR6, TR7 und TR8 verbunden. Die Typen und Anordnungen dieser Transistoren entsprechen den bereits erwähnten Transistoren TR1 bis TR4, deren Arbeitszustände durch die verschiedenen Widerstände R2 - R5 gesteuert werden. In gleicher Weise ist die Reihe der Transistoren TR5 - TR8 in ihrem Arbeitszustand durch die Widerstände R7 - R11 bestimmt.

Der Ausgang aus der vom Transistor TR4 gebildeten Endstufe des oberen Verstärkerabschnittes wird über eine Leitung 67, die keinen Widerstand enthält, mit einem Verzweigungspunkt 68 verbunden. Der Ausgang der vom Transistor TR8 gebildeten Endstufe ist mit demselben Punkt 68 über eine Leitung 66 verbunden, die jedoch einen Widerstand R12 enthält, für den in diesem Beispiel 400 Ohm gewählt worden ist. Daraus ergibt sich, dass das Ausgangssignal vom ersten Phototransistor 25a leichter zum Ausgangspunkt 68 als in diesem Fall das Ausgangssignal vom zweiten Phototransistor 25b gelangen kann.

Die Ausgangsspannung von dem bisher beschriebenen Verstärkerteil des Komparators wird über einen Festwiderstand RL3 und einen einstellbaren Widerstand RL4 einem Kondensator C1 zugeführt, der dadurch aufgeladen wird. Wenn die Ladungsspannung einen bestimmten Wert Vp erreicht, siehe Fig. 8, der durch die Kennlinien eines Unijunction-Transistors TR9 bestimmt ist, wird der Kondensator C1 entladen, usw., wie bei A in Fig. 8 dargestellt ist. Der Ausgang des Unijunction-Transistors TR9 wird einem Transformator T1 zugeführt, und eine entsprechende Reihe Impulse wird von dort aus durch die Leitungen 69, 70 und 71 einer Gleichrichterbrückenschaltung DR2 zugeleitet.

Die Oszillator-Anordnung sowie deren Arbeitsweise oder der Impulsgenerator, der in diesem Fall die Elemente R13, R14, C1, TR9 und T1 sowie einen weiteren Widerstand R15 enthält, sind an sich bekannt, so dass keine weiteren Erläuterungen für das Verständnis der Erfindung hier erforderlich sind.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Ladungszeit des Kondensators C1 von den Ausgängen des ersten und des zweiten Phototransistors 25a und 25b abhängt, wobei der Ausgang des ersten stärker als der des zweiten ist.

Für den schematisch bei 30 in Fig. 1 dargestellten Komparator, der den vorstehend beschriebenen Verstärker und Oszillator enthält, ist eine Gleichstromquelle vorgesehen, siehe Fig. 7. Diese Gleichstromquelle enthält einen Transformator T2, der durch die Leitungen 74 und 75 mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, die 100 Volt liefert.

Der Strom von der Sekundärwindungsseite, der z.B. 12 Volt hat, wird einer Gleichrichterbrücke DR3 zugeführt, von der eine Ausgangsleitung 76 über mehrere Anschlusspunkte 73, 72, 65 und 64 bis zum ersten Anschlusspunkt 62 sich erstreckt, um Strom den erforderlichen Zufuhrpunkten im dargestellten Vergleicher zuzuführen. Die Gleichstromquelle enthält mehrere übliche Schaltungsbestandteile, wie einen Festwiderstand R16, einen Kondensator C2 und eine Diode D1, um die Welligkeit oder den Brumm zu beseitigen und für ähnliche Zwecke, wie üblich ist.

Die Wechselstromquelle ist durch Leitungen 77 und 78 mit einer Gleichrichterbrücke DR1 verbunden, welche, obwohl im einzelnen nicht dargestellt, vier Dioden A15B enthält. Der Ausgang der Brücke ist über einen einstellbaren Widerstand R17 mit der Statorwindung 45a des Antriebsmotors 45 verbunden, um diesen zu betreiben. Die Widerstände R18 und R17 sind für die anfängliche Einstellung der Feldspule 45a vorgesehen. Parallel zu dieser sind ein einstellbarer Widerstand R19 und eine Spule L1 vorgesehen, die als Einstellmittel zur Steuerung der Vorspannung eines magnetischen Verstärkers 100, Fig. 7, dienen, der nachstehend ausführlicher beschrieben wird.

Die 100 Volt-Wechselspannung wird von der Wechselstromquelle durch die Leitungen 77, 78 der Primärwindung t1 eines Transformators T3 zugeführt. Die induzierte Sekundärspannung wird einer Gleichrichterbrücke DR2 zugeführt, die vier Dioden enthält, nämlich zwei Dioden A15B und zwei

Dioden C11A. Der Ausgang aus dieser Gleichrichterbrücke wird durch die Impulsreihe gesteuert, die von dem den Transformator T1 enthaltenden Pulsgenerator über die Leitungen 69 - 71 zugeführt wird. Der im Ausgang enthaltende Brumm wird mittels eines Kondensators C3 unterdrückt, der zusammen mit dem Festwiderstand R19a und den Dioden D2 und D3 in einem Kreis liegt. In diesen Kreis ist die maximale Spannung Vmax, siehe Fig. 7, auf einen bestimmten festen Wert eingestellt, wie etwa 80 Volt.

Der Ausgang von diesem Kreis mit konstanter Höchstspannung wird einer Steuerwindung L2 zugeführt, die magnetisch mit den Arbeitswindungen AW2 und AW1 eines selbsterregenden Magnetverstärkers gekoppelt ist, der außerdem eine Gleichrichterbrücke DR4 mit vier Dioden (pH25C22 der Firma Siemens) enthält. Daher wird einer Steuerwindung 45b des Antriebsmotors 45 ein gesteuerter Strom zugeführt. Die Schaltungselemente D4, R20 und R21 sind in der dargestellten Weise angeschlossen.

Sollten beide Phototransistoren 25a und 25b Licht von dem Flammenende empfangen, wird der erste 25a vorherrschend ansprechen, wie erwähnt wurde, so dass deshalb die Wirkung des zweiten Phototransistors ohne Vorbehalt vernachlässigt werden kann.

Wenn der erste Phototransistor 25a erregt wird, wird eine dichtere Impulsreihe vom Transformator T1 über die Leitungen 69 - 71 zur Brücke DR2 abgegeben. Auf diese Weise wird ein verstärkter Steuerstrom der Steuerwindung L2 und ein entsprechend erhöhter Antriebsstrom vom Magnetverstärker 100 der Steuerwicklung 45b zugeführt. Damit wird die Antriebsmotordrehzahl und deshalb auch die Vorschubgeschwindigkeit der Brennereinheit 10 gegenüber dem Werkstück 20 entsprechend erhöht.

Andererseits wird, wenn der zweite Phototransistor 25b erregt wird, eine Reihe von Impulsen mit rauerer Steigung dem Gleichrichter DR2 zugeführt, so dass der Antriebsstrom für den Motor 45 entsprechend einer Verzögerung der Vorschubgeschwindigkeit der Brennereinheit 10 verringert wird.

Diese Anordnung kann so abgewandelt werden, dass das Schweißstück 29 anstelle der Brennereinheit 10 weiter bewegt wird. Diese Ausführungsform ist in Fig. 9 dargestellt.

Die Steuerung ist in der Weise abgewandelt, dass die Zufuhrgeschwindigkeit des Plasma-Gases zur Brennereinheit 10 anstelle der Vorschubgeschwindigkeit des Wagens 12 durch den Ausgang eines der beiden Phototransistoren 25a und 25b gesteuert wird.

Zu diesem Zweck ist eine Steuerspule L2´ am Ausgangsteil des in Fig. 7 in punktierter Linie dargestellten Verstärkerabschnittes vorgesehen und auf einer Steuerstange 80 innerhalb eines Gehäuses 85a angeordnet. Die Stange 80 ist ihrerseits schwenkfähig an einem Mittelpunkt zwischen ihren beiden Enden auf der Spitze einer üblichen elastischen Halterung 81 angeordnet. Das eine Ende der Stange 80 wird in ausgewogener

Stellung, wie dargestellt, durch ein Paar Ausgleichsfedern 82 und 83 gehalten. Ein Paar stationärer Magnete 84 und 85 sind innerhalb des Gehäuses 85a angeordnet, das eine Steuerventileinheit 86 für den Gasfluss enthält. Die Ventileinheit 86 ist mit einer Gaskammer 87 ausgebildet, in die sich das freie Ende 80a der schwenkfähigen Steuerstange 80 erstreckt, so dass sie mit einer von den gedrosselten Steueröffnungen 88 und 89 zusammenwirkt, die in der Gaskammer einander gegenüberliegen und ein kleines Stück voneinander entfernt sind. Die erste Steueröffnung ist durch eine Zufuhrleitung 90 mit einem Vorrat des Plasma-Gases oder -Gasgemisches verbunden. Die zweite Steueröffnung 89 ist strömungsmäßig durch die Zufuhrleitung 16 mit der Plasma-Brennereinheit 10 verbunden. Die Stange 80 wird durch ein Paar elastischer Dichtungen 91 und 92 am Austritt der Gaskammer abgedichtet.

Je nach Erregung eines der beiden Phototransistoren 25a und 25b wird eine höhere oder niedrigere Steuerspannung der Steuerwicklung L2´ zugeführt. Dadurch wird die Zufuhrgeschwindigkeit des Plasma-Gases von dem Vorratsbehälter durch die Zufuhrleitung 16 je nach Erfordernis gesteuert.

Zur Steuerung des Schweißstromes wird die Schaltungsanordnung nach Fig. 10 benutzt.

Die Steuerimpulsreihe wird über die Leitungen 69 - 71 einer Gleichrichterbrücke DR5 zugeführt, wie einen ähnlichen Bau und eine ähnliche Anordnung wie die Brücke DR2 in Fig. 7 aufweist. Wechselstrom wird von einer der drei PhasenWicklungen

L11, und L12 und L13 der Primärwindung t11 eines Transformators T4 zugeführt, und der in der Sekundärwindung t12 des Transformators T4 induzierte Strom wird der Gleichrichterbrücke DR5 zugeleitet. Der Ausgang von der Brücke DR5 geht durch einen einstellbaren Widerstand R22 auf eine Steuer-Wicklung L2´´, die das Steuerglied eines Magnetverstärkers 100´ ist, der für drei Phasen eingerichtet ist. Die Windungen L14 - L16 sind elektromagnetisch mit den drei Primärwindungen L11 - L13 gekoppelt. Zur Steuerung des Bogenstromes werden die induzierten Ströme durch entsprechende Leitungen I, II und III entsprechenden Komponentengruppen I´, II´ und III´ zugeleitet und nach Durchgang durch eine Mehrzahl von Gleichrichterdioden 120 - 140 und eine Bogenstabilisierungseinheit 141 der Brennereinheit 10 zugeführt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Steuern eines Plasma-Bogenschweißvorganges, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittswinkel des Flammenendes an der Unterseite des Werkstückes gemessen und mit einem Soll-Wert verglichen und ein den Schweißvorgang beeinflussender Parameter der Abweichung vom Soll-Wert entsprechend verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Brenner und Werkstück aufgrund der Winkelmessung gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrgeschwindigkeit des Plasma-Gases aufgrund der Winkelmessung gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrom aufgrund der Winkelmessung gesteuert wird.

5. Selbsttätige Steuerungseinrichtung für das Plasma-Bogenschweißen, dadurch gekennzeichnet, dass eine photoelektrische Abtasteinrichtung (25) zur einheitlichen Bewegung mit einem Plasma-Brenner (10) gegenüber einem Schweißstück (29) angeordnet ist und aufgrund des festgestellten Neigungswinkels des Flammenendes des Schweißplasmas ein Signal erzeugt, das einer elektrisch an die

Abtasteinrichtung angeschlossenen Steuereinrichtung (30, 31) zugeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektrische Abtasteinrichtung (25) ein Paar parallel zueinander angeordneter Phototransistoren (25a, 25b) enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Phototransistor an einen Verstärkungskanal angeschlossen und die Verstärkung des einen Kanals größer als die des anderen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel nebeneinander angeordneten Phototransistoren (25a, 25b) am Ende von Lichtzuführungskanälen (46, 47) liegen, deren Länge groß im Verhältnis zu ihrem Durchmesser ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektrische Abtasteinrichtung (25) von einer Kühlkammer (55) umgeben ist.