DE2311656A1 - Verfahren und vorrichtung zum selbsttaetigen herstellen einer schweissnaht - Google Patents

Description

• "Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Herstellen einer Schweißnaht" Die Erfindung betrifft ein Verfahren ru selbattätigen Herstellen einer Schweißnaht itt einet von eine Triebwerk angetriebenen Schweißgerät, das den Schweißbrenner und eine iit.dei Schweißbrenner gekoppelte Strahlungequelle längs der Nittellinte der Schweißnaht derart bewegt, daß bei Abweichungen des Schweißbrenner@ von der Mittellinie der Schweißnaht der Schveißbrenner über ein Meßwerk und Steuerglied in einer quer zur Schweißnaht verlaufenden Richtung bewegt wird, bis die von den Werkstücken zu beiden Seiten der Schweißnaht reflektierte Strahlung eine vorbestimmte te Intensität audeeict. Bin derartiges Verfahren ist durch die britische Patentschrift 901 203 bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Schweißbrenner selbsttätig in der Mittellinie des Scbveißnaht.toßcs durch ein Steuergerät geführt, das die vom Werkstück zu beiden Seiten der Sohweißnaht ciittierte oder reflektierte Strahlung ii Bereich des Schweißbrenners vergleicht. Die Steuersignale werden entweder durch die Erwärmung des Werkstückes durch einen Schweißlichtbogen oder durch Behandlung der Werkstückoberflächen mit Farben unterschiedlichen Reflektionsgrades zu beiden Seiten der Schweißnaht erhalten, derart, daß sich das reflektierte Licht entsprechend der Position des Schweißbrenners und eines am Schweillbrenner befestigten und it ihm bewegten Lichttasters verändert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren zun selbettätigen Herstellen einer Schweißnaht so zu verbessern, daß sich eine exakte, selbsttätige Führung des Schweißbrenners ohne Vorbehandlung der Werkstückoberfläche mit Farben oder dergleichen i Bereich der Schweißnaht erzielen läßt, Diese aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schweißbrenner und/oder die mit dem Schweißbrenner gekoppelt. Strahlungequelle der Mittellinie der Schweißnaht so zugeordnet wird, daß bei einer Abweichung des Schweißbrenners und/oder der Strahlung quelle von der Mittellinie der Schweißnaht sich der Eintritts- bzw.
• Reflektionswinkel der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung und damit die Intensität der im Bereich der Schweißnaht von Flächen reflektierten Strahlung ändert, wodurch das Steuerglied den Schweißbrenner in einer quer zur Schweil3naht verlaufenden Richtung so bewegt, daß die vorbestimmte Intensität der Strahlung i Bereich der Schweißnaht wieder erreicht wird.
• Mit Vorteil kann zur Schweißung von Stumpfnähten mit offenem Stoß, Ecknähten oder Kehlnähten die Strahlungsquelle die Nahtflanken beleuchten und das Meßwerk die von den Nahtflanken reflektierten Strahlungsanteile miteinander vergleichen Hierbei bewirken die geneigten Nahtflanken beiderseits der Mittellinie des Nahtstoßes, daß die Intensität der reflektierten Strahlung an den Nahtflanken anders ist als in den angrenzenden, eine andere Neigung aufweisenden Werkstückteilen (Fig. 1 und 2).
• Dieser Effekt tritt auch dann ein, wenn zur Schweißung von überlappten Stumpfnähten die Strahlungsquelle die Kante des oberen Werkstückes und einen dieser Kante benachbarten Teil der Oberfläche des unteren Werkstückes beleuchtet und das Meßwerk die von der Kante und der benachbarten Oberflächenteil reflektierten Strahlungsanteile miteinander vergleicht (Fig. 3).
• Eine entsprechende Wirkung wird auch dann erzielt, wenn zur Schweißung von Werkstücken, deren Oberfläche außerhalb begrenzter Bereiche zu beiden Seiten der Naht eine veränderte Neigung aufweist, die Strahlungsquelle mindestens diese Bereiche beleuchtet und das Meßwerk die von den Oberflächen innerhalb und außerhalb dieser Bereiche reflektierten Strahlungsanteile miteinander vergleicht (Fig. i).
• In Weiterbildung der Erfindung ist es günstig, wenn zur Durchführung dieses Verfahrens als Meßwerk und Steuerglied ein ai Schweißbrenner befestigter, mit diesem bewegbarer Strahlungstaster vorgesehen ist, der eine Strahlungsquelle, mindestens ein Paar strahlungsempfindlicher Zellen und ein optisches System aufweist, das ein Abbild der von den Werkstücken im Bereich des Nahtstoßes der Schweißnaht reflektierten Strahlung zu mindestens einem Paar der strahlungsempfindlichen Zellen weiterleitet.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Älisführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 In schematischer Darstellung eine Schweißvorrichtung mit einem am Schweißbrenner befestigten Meßwerk und Steuerglied zum Herstellen einer V-förmigen Schweißnaht bei zwei in einer Ebene angeordneten Werkstücken, Fig. 2: eine ähnliche Anordnung (ohne die Schweißvorrichtung) zum Herstellen einer V-förmigen Schweißnaht bei zwei in einem Winkel zueinander angeordneten Werkstücken, Fig. 3: eine Schweißvorrichtung, deren mit dem Schweißbrenner gekoppeltes Meßwerk und Steuerglied mit Strahlungsquelle senkrecht zur Mittellinie des Nahtstoßes von zwei stumpf übereinander angeordneten Werkstücken ausgerichtet ist und Fig. 4: eine Schweißvorrichtung nit eine Schweißbrenner und einet Meßwerk und Steuerglied, das senkrecht zur Mittellinie des Nahtsteßes von stumpf aneinandergrenzenden Rippen zweier Bohre ausgerichtet ist.
• In Figur 1 sind zvci durch eine V-Naht zu verbindende plattenförmige Werkstücke mit 1 und 2 bezeichnet. Die Kanten der Nahtwurzel können bereite durch eine Scbweißraupe 3 verbunden sein, oder der Spalt kann so eng der unregelmäßig verlaufen1 daß ein Linientastgerät, wie beispielsveise ein für das Abtasten von Zeichnungen bekanntes Gerät, kein kontinuierliches Signal erhalten würde, das die genaue Position der Nahtmittellinie wiedergäbe. Bin als Licht taster s ausgebildetes Meßwerk und Steuerglied enthält eine Linse 5, eine Lanpe 6 und zwei Fotozellen 7 und 8. Per Licht oder Strahlungstaster 4 ist am Schweißbrenner 9 angeordnet. Das von der Lampe 6 ausgesandte Licht wird von den Flanken der Nahtfuge an den Platten 1 und 2 reflektiert; die Intensität des von den Fotozellen 7 und 8 empfangenen, reflektierten Licht hängt von der Stellung des Brenners 9, der Lampe 6 und der Potezellen 7, 8 relativ zur Nahtmitte und daher von Einfallswinkel des esittierten Lichtes ab. ile Fotozellen 7 und s liegen wie üblich in einen Brückeukreis, der abgeglichen ist, solange beide Fotozellen 7, 8 der gleichen Strahlungsintensität ausgesetzt sind. Lin in der Zeichnung nicht dargestellter, von dem Brückenkreis über einen Verstärker gesteuerter rotor bewegt den Schweißbrenner 9 nach links oder rechts, das heißt quer zur Schweißnaht 3, bis das ileichgewicht der reflektierten Lichtstrahlungsanteile wieder hergestellt ist. Fiir diesen Zweck eignet sich ein Verstärkerkreis, wie er in der britischen Patentschrift 805 496 beschrieben ist. Die Anordnung nach Fir 1 kann ohne Änderung auch für Kelilnähte oder auch für Ecknähte angewendet werden, wie Figur 2 zeigt. Im Gleichgewicht werden die Fotozellen 7, 8 des Strahlungstasters 4 so einjustiert, da sie das gebiet zwischen den Linien 10, das heiJ3t zwischen den schrägen Stirnseiten der Werkstücke 1 und 2 als hell erleuchtete Gebiete aufnehmen, denen auf beiden Seiten dunklere Gebiete folgen.
• Bei einer tiberlappten Naht, wie sie Figur v zeigt, würde sich der Eintrittswinkel der Strahlung mit der Brennerposition nicht ändern, wenn die Naht von oben beleuchtet wird. Erfindungsgemäß wii die mit dem Schweißbrenner 9 gekoppelte Strahlungsquelle 4 schräg zu dieser und zwar senkrecht zur Mittellinie des Nahtstoßes ausgerichtet mit der Folge, daß die Kante (Rand) 2a der oberen Platte 2 eine maximale Beleuchtung erhält und die Flächen zu beiden Seiten davon weniger beleuchtet sind. Mit dem in der Mittelstellung befindlichen Lichttaster 4 erhalten beide Fotozellen 7, 8 Signale, als ob sich dunklere Flächen auf beiden Seiten eines hellen streu fens befanden. Der Schweißbrenner 9 ist vom Lichttasterkopf durch einen geeigneten Abstand seitlich abgesetzt.
• Die Schweißnaht gemäß Figur 4 verbindet zwei Rohre 11 und 12 mit Kühlrippen 13 und 14, wobei die Rippenkanten leicht abgerundet sind. Würden nur diese Kanten beleuchtet werden, so ergäben sie kein klares-Abbild einer dunklen Linie, das sich als Signal für einen Linientaster verwerten ließe. Nach der Erfindung reagieren die Fotozellen 7, 8 auf den Unterschied der Einfallswinkel in Bereich der flachen Rippen 13, 14 zwischen den Linien 15 und im Bereich der zylindrischen Oberflächen der Rohre 11, 12. In der Mittelstellung sind die Signale im Gleichgewicht. Eine Abweichung nach rechts verursacht ein stärkeres oder gleichbleibendes Signal in der linken Fotozelle, im Gegensatz zu üblichen Linientastgeräten, bei denen diese Fotozelle ein schwächeres Signal entsprechend der dunklen Mittellinie erhalten würde.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung weist den Vorteil auf, daß die beleuchtete Fläche, die die Steuerung bestimmt, groß sein kann, was es erleichtert, den richtigen Brennerweg einzuhalten, oder diesen bei Abweichungen wieder in die richtige Lage zurückzuführen.
• Ein Umschalter im Anschluß an die Fotozellen ermöglicht es, das Schweißgerät wahlweise zum Folgen des Stoßes einer Stumpfnaht zu benutzen, weni die Mittellage durch eine dunkle Zone oder Linie dargestellt wird.
• Als Lichtquelle kann man eine kleine Lampe verwenden, die in einem schwarzen Zylinder eingebaut sein kann und zerstreutes Licht aussendet; stattdessen kann auch ein System mit einer gerichteten Lichtemission verwendet werden. Zwei oder mehr Gruppen von Fotozellen werden mit Vorteil dann benutzt, wenn das von einer Gruppe erhaltene Signal zeitweise aussetzt, z. B. an Heftstellen. Der Taster sollte so nahe wie möglich vor dem Schweißbrenner, in der Nahtrichtung gesehen, angebracht werden. Zuweilen ist es möglich, den Schweißbrenner selbst als Lichtquelle für die Steuerung zu benutzen. Bei der Lichtbogenschweißung mit hohen Stromstärken kann es sich als notwendig erweisen, die lichtempfindlichen Bauteile gegen Wärmestrahlung zu schützen und sie in einiger Entfernung von dem Brenner zu halten. Dort, wo sich die Nahtrichtung steil längs des Abstandes zwischen der Position des Brenners und der des Tastern ändert, wird in die Steuerung eine sogenannte "memory device eingefügt. Darunter versteht man eines der bekannten Geräte, die die vom Taster erhaltenen Signale speichern und an die Steuerung erst dann weiter geben, wenn der Brenner die Stellung des Tasters im Zeitpunkt der Speicherung erreicht hat. Der Taster wird in diesem Falle mit dem Brenner in der Nahtrichtung bewegt, jedoch von seinem eigenen Triebwerk in der Nahtmitte gehalten.

Claims (9)

Patentansprüche

1.) Verfahren zum selbsttätigen Herstellen einer Schweißnaht mit einem von einem l'riebwerk angetriebenen Schweißgerät, das den Schweißbrenner und eine mit dem Schweißbrenner gekoppelte Strahlungsquelle längs der Mittellinie der SchweiBnaht derart bewegt, daß bei Abweichungen des Schweißbrenners von der Mittellinie der Schweißnaht der Schweißbrenner über ein Meßwerk und Steuerglied in einer quer zur Schweißnaht verlaufenden Itichtung bewegt wird, bis die von den Werkstücken zu beiden Seiten der Schweißnaht reflektierte Strahlung eine vorbestimmte Intensität aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbrenner ('3) und/oder die mit dem Schweißbrenner (9) gekoppelte Strahlungsquelle (6) der Mittellinie der Schweißnaht (3) so zugeordnet wird, daß bei einer Abweichung des Schweißbrenners (9) und/oder der Strahlungsquelle (6) von der Mittellinie der Schweißnaht (3) sich der Eintritts- bzw. Reflektionswinkel der von der Strahlungsquelle (6) ausgehenden Strahlung und damit die Intensität der im Bereich der Schweißnaht (3) von Flächen reflektierten Strahlung ändert, wodurch das Steuerglied den Schweißbrenner (9) in einer quer zur Schweißnalit (3) verlaufenden Richtung so bewegt, daß die vorbestimmte Intensität der Strahlung im Bereich der Schweißnaht (3) wieder erreicht wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1 zur Schweißung von Stumpfnähten mit offenem Stoß, Ecknähten oder Kelnähten, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (6) die Nahtflanken beleuchtet und daß das Meßwerk (4) die von den Nahtflanken rellektierten Strahlungsanteile miteinander vergleicht (Fig. 1 und 2).

3.) Verfahren nach Anspruch 1 zur Schweißung von überlappten Stumpfnähten, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (6) die Kante (2a) des oberen Werkstückes (2) und einen dieser Kante (2a) benachbarten Teil der Oberfläche des unteren Werkstückes (1) beleuchtet und daß das Meßwerk (4) die von der Kante (2a) und dem benachbarten Oberflächenteil reflektierten Strahlungsanteile miteinander vergleicht (Fig. 3).

4.) Verfahren nach Anspruch 1 zur Schweil3ung von Werkstücken, deren Oberfläche außerhalb begrenzter Bereiche zu beiden Seiten der Naht eine veränderte Neigung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (b) mindestens diese Bereiche beleuchtet und daß das Meßwerk (4) die von den Oberflächen innerhalb und außerhalb dieser Bereiche reflektierten Strahlungsanteile miteinander vergleicht (Fig. 4).

5.) Vorrichtung zur Durchführung des Verlahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurcil gekennzeichnet, das als Meßwerk und Steuerglied ein am Schwei!brejjner (')) beiestigter, mit diesen bewegbarer Strahlungstaster (4) vorgesehen ist, der eine Strahlungsquelle (6), mindestens ein Paar strahlungsemp findlicher Zellen (7, 8) und ein optisches System (5) aufweist, das ein Abbild der von den Werkstücken (1, 2) im Bereich des Nahtstoßes der Schweißnaht (3) reflektierten Strahlung zu mindestens einem Paar der strahlungsempfindlichen Zellen (7, 8) weiterleitet.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungstaster <4) über das Triebwerk eine Bewegung des Schweißbrenners (9) in Richtung zur Mittellinie eines helleren Strahlungsstreifens hervorruft.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter vorgesehen ist, der den Strahlungstaster (4) mit dem Triebwerk derart verbindet, daß dieses wahlweise eine Bewegung des Schweißbrenners (9) zur Mittellinie eines helleren oder eines dunkleren Strahlungsstreifens hervorruft.

8.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungstaster (4) so ausgebildet ist, daß er die aufgenommenen Signale speichert und an das Triebwerk des Schweißbrenners (9) verzögert weitergibt, wenn der Schweißbrenner (9) die Stellung des Strahlungstasters (4) im Zeitpunkt der Speicherung erreicht hat.

9.) Vorrichtung zur Durchlührung des Verfahrens nach anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwerk (4) und die in diesem befindliche Str ungs(uelle (6) gegen den Schweißbrenner (9) geneigt ist.