DE2533448C2

DE2533448C2 - Method and device for controlling machine welding processes in direct current, alternating current and pulsed arc welding using the welding arc as a sensor

Info

Publication number: DE2533448C2
Application number: DE19752533448
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 5100 Aachen Puschner
Original assignee: Individual
Current assignee: Elma-Technik Elektronik und Maschinenbau-Spezial-G
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DE2533448A1; BE844279A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Führung eines Lichtbogen-Schweißbrenners entlang einer Schweißfuge entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for automatically guiding an arc welding torch along a weld joint according to the preamble of claim 1.

Beim mechanisierten Lichtbogenschweißen wird eine exakte Führung des Schweißbrenners entlang der Fugenmitte oder in einem definierten Abstand von der Fugenmitte der zu verschweißenden Bauteile und eine gleichmäßige Füllung der Fuge mit Zusatzwerkstoff angestrebt. Abweichungen des Schweißbrenners aus seiner Position zur Schweißfuge, wie sie insbesondere beim Schweißen langer Nähte vorkommen können, erbringen fehlerhafte Schweißungen. Es sind deshalb bereits zahlreiche Lösungen zur selbsttätigen Führung des Schweißbrenners entlang einer Schweißfuge bekanntgeworden. In mechanized arc welding, the welding torch is precisely guided along the Joint center or at a defined distance from the joint center of the components to be welded and a Aimed at uniform filling of the joint with filler material. Deviations of the welding torch its position in relation to the welding joint, as can occur in particular when welding long seams, produce faulty welds. There are therefore already numerous solutions for automatic guidance of the welding torch became known along a welding joint.

So ist es bereits bekannt, zur Steuerung des Schweißbrenners mechanische Mittel wie Taststifte, Leitrollen o.dgl. einzusetzen (vgL US-PS 34 08 475, 35 96 048 und 36 21 183); es sind darüber hinaus auch Lösungen für eine berührungslose Führung des Schweißbrenners in der Schweißfuge bekanntgeworden, die auf kapazitiver, induktiver oder optischer Grundlage beruhen (vgL US-PS 38 55 446). — Abgesehen davon, daß mechanische Abtastorgane im rauhen Werkstattbetrieb einem unvermeidbaren, zu Fehlsteuerungen führenden Verschleiß unterliegen, ist allen diesen bekannten Steuerungen der Nachteil gemeinsam, daß die Fühler oder Sensoren als zusätzliche Einrichtungen am Schweißbrenner dicht neben der Schweißstelle angeordnet sein müssen, wodurch sich oft Schwierigkeiten wegen der Temperatur- und Schmutzempfindlichkeit der Sensoren ergeben. Andererseits führt der unvermeidliche Abstand zwischen Meßstelle und Schweißstelle zu einem örtlichen und zeitlichen Versatz und damit von Haus aus zu einer gewissen Führungsungenauigkeit, deren Ausgleich weitere Maßnahmen erforderlich macht. Überdies können Störungen durch Schweißspritzer, Unstetigkeiten in der Nahtvorbereitung, Heftstellen usw. auftreten.It is already known to use mechanical means such as stylus pins to control the welding torch. Guide rollers or the like. to be used (see US-PS 34 08 475, 35 96 048 and 36 21 183); there are beyond that too Solutions for contactless guidance of the welding torch in the welding joint have become known, which are based on a capacitive, inductive or optical basis (cf. US-PS 38 55 446). - Apart from that from the fact that mechanical scanning elements in the rough workshop operation an unavoidable, to incorrect control are subject to leading wear, all these known controls have the disadvantage in common, that the feelers or sensors as additional devices on the welding torch close to the welding point must be arranged, which often creates difficulties because of the sensitivity to temperature and dirt of the sensors. On the other hand, the unavoidable distance between measuring point and Welding point to a local and temporal offset and thus inherently to a certain guidance inaccuracy, the compensation of which makes further measures necessary. In addition, interference can occur Weld spatter, discontinuities in the seam preparation, tack points, etc. occur.

Um diese Schierigkeiten zu vermeiden, st auch bereits ein Verfahren bekannt, bei welchi m eine automatische Steuerung des Schweißbrenners ohne zusätzliche Anordnungen am Schweißkopf erzielt wird, und zwar dadurch, daß bei brennendem Lichtbogen durch die beim Abweichen der Schweißelektrode von der Nahtmitte zwischen den Werkstücken entstehende Spannungsdifferenz die Schweißelektrode auf die Nahtmitte eingesteuert wird (DE-ASIn order to avoid these difficulties, a process is already known in which m one automatic control of the welding torch is achieved without additional arrangements on the welding head, namely, that when the arc is burning by the deviating of the welding electrode from between the workpieces in the middle of the seam Seam center is controlled (DE-AS

1080712 = US-PS 29 44 141). Es werden hierbei die sich in zwei zu verschweißenden Werkstücken infolge von Streuströmen ergebenden Spannungsdifferenzen zur Seitensteuerung der Schweißelektrode ausgewertet. Eine Verfeinerung dieses Verfahrens sieht vor, daß die Potentialdifferenz zwischen den zu verschweißenden beiden Werkstücken durch eine überlagerte Impulsspannung ausgewertet wird (US-PS 31 33 186). — Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren (sowohl in der einfachen wie auch in der verfeinerten Ausführung) ist jedoch, daß die Potentialdifferenz von der Lage der Meßpunkte sowie der darauf bezogenen relativen Lage des Schweißbrenners beeinflußt wird, so daß sich Störanfälligkeiten und Ungenauigkeiten nicht vermeiden lassen.1080712 = US-PS 29 44 141). This results in two workpieces to be welded voltage differences resulting from stray currents are evaluated for lateral control of the welding electrode. A refinement of this method provides that the potential difference between the to be welded two workpieces is evaluated by a superimposed pulse voltage (US-PS 31 33 186). - Disadvantage of this known method (both in the simple as well as in the refined execution) is, however, that the potential difference depends on the position of the measuring points and the relative position related to them of the welding torch is influenced so that susceptibility to failure and inaccuracies cannot be avoided permit.

Es ist schließlich auch ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem vom Lichtbogen unmittelbar selbst erzeugte Meßwerte zur Geradführung des Schweißbrenners herangezogen werden, indem — bei gleichbleibender Position des Schweißbrenners bzw. Lichtbogenansatzpunktes relativ zum Fugenquerschnitt — der Lichtbogen zu Meßzwecken durch äußere Krafteinwirkung zwangsweise, z. B. mittels eines Magnetfeldes, aus seiner natürlichen Schweißlage mit einem fest vorgegebenen Bewegungablauf ständig quer zur Schweißstoßachse herausbewegt wird (US-PS 32 04 081). Der Querschnitt der Schweißfuge muß dabei, bezogen auf ihre Geometrie, eine ausgeprägte Unstetigkeitsstelle, z. B. einen Luftspalt, besitzen, der bei der Bewegung des Lichtbogens darüber hinweg dessen elektrische Betriebsgrößen (Schweißspannung und/oder Schweißstrom) im Sinne einer Betriebsgrößenstörung verändert. Die zeitliche Aufeinanderfolge der Betriebsgröß^n^tö-Finally, a process has also become known in which the arc itself The measured values generated can be used to guide the welding torch in a straight line by - with constant Position of the welding torch or arc attachment point relative to the joint cross-section - the Arc for measuring purposes by external force forcibly, z. B. by means of a magnetic field its natural welding position with a fixed sequence of movements that is always transverse to the axis of the weld joint is moved out (US-PS 32 04 081). The cross-section of the weld joint must be based on their geometry, a pronounced point of discontinuity, e.g. B. have an air gap that occurs when the Arc beyond its electrical operating parameters (welding voltage and / or welding current) changed in the sense of an operational size disorder. The chronological order of the company size ^ n ^ to-

rungen im Verhältnis zum vorgegebenen Bewegungsablauf ist hierbei ein Maß für die mittlere Läge des Schweißbrenners zur Schweißfuge bzw. Stoßstelle.ments in relation to the specified sequence of movements is a measure of the mean length of the Welding torch to the welding joint or joint.

Nachteilig bei diesem vorbekannten Verfahren ist vor allem, daß sich der Lichtbogen zur Lagebestimmung notwendigerweise kontinuierlich in Bewegung befinden muß (im Sinne einer z. B. sinus- oder dreieckförmigen Pendelbewegung) und somit die Stoßsteüe nur vorübergehend erfaßt, während er die meiste Zeit auf den d^;e Stoßstelle begrenzenden Werkstückoberflächen brennt Das ständige Hin- und Herbewegen des Lichtbogens bleibt nicht ohne Einfluß auf den Schweißprozeß, der sich nachteilig in der Einbrandform und der Schweißleistung überall dort zeigt, wo technologisch eine Pendelbewegung durchaus überflüssig ist Außerdem kann bei diesem bekannten Verfahren eine Interferenz zwischen dem Störsignal und einer vorhandenen Welligkeit des Schweißstromes auftreten, was mit der Gefahr einer Störung der Einstellung auf die S_hweißfugenmitte verbunden ist. Schließlich ist eine Abhängigkeit der Form des Störsignals von der jeweiligen besonderen Gestalt der Schweißfuge zu erwarten, was die Genauigkeit der Einstellung beeinträchtigen kann.The main disadvantage of this previously known method is that the arc must necessarily be in continuous motion to determine its position (in the sense of, for example, a sinusoidal or triangular pendulum movement) and thus the shock portion only temporarily detects, while it is on the most of the time d ^; The constant back and forth movement of the arc does not remain without influence on the welding process, which is disadvantageous in the form of penetration and the welding performance wherever a pendulum movement is technologically superfluous the interference signal and an existing ripple of the welding current occur, which is associated with the risk of disturbing the setting to the center of the weld joint. Finally, a dependency of the form of the interference signal on the particular shape of the weld joint is to be expected, which can impair the accuracy of the setting.

Ein nicht vorveröffentlichter, älterer Vorschlag sieht zur Vermeidung der beiden letztgenannten Nachteile ein Verfahren vor, bei dem der Lichtbogen durch eine dem Schweißkopf mechanisch erteilte Bewegung zu einer dreieck- oder sinusförmigen Pendelbewegung veranlaßt wird und bei dem in zeitlich aufeinanderfolgenden, örtlich einander gegenüberliegenden Umkehrbereichen der Lichtbogen-Pendelbewegung die Schweißstromwerte gemessen und deren Differenzen zur Führung des Schweißbrenners ausgewertet werden (DE-AS 26 31 250). Wenngleich bei dem Verfahren nach diesem älteren Vorschlag der Lichtbogen nicht mehr als Störstellendetektor arbeitet, wie beim vorerwähnten Verfahren nach der US-PS 32 04 081, so haften auch ihm die gleichen technologischen Nachteile in bezug auf den Schweißprozeß an. Überdies ergibt sich in diesem Falle, bedingt allein schon durch die Trägheit der mechanischen Antriebsvorrichtung für den Schweißkopf, eine ausgeprägt sinus- oder zickzackförmig niedergelegte Schweißnaht und eine durch die mechanische Pendelvorrichtung bedingte Trägheit auch in bezug auf die Genauigkeit der Führung des Schweißkopfes.An older proposal that has not been pre-published provides for the avoidance of the latter two disadvantages a method in which the arc is closed by a movement that is mechanically imparted to the welding head a triangular or sinusoidal pendulum movement is caused and in the case of successive, Locally opposite reversing areas of the arc pendulum movement Welding current values are measured and their differences are evaluated for guiding the welding torch (DE-AS 26 31 250). Although in the method according to this older proposal, the arc is not more than Defect detector works, as in the aforementioned method according to US-PS 32 04 081, so are liable to him the same technological disadvantages in relation to the welding process. Moreover, in this case it follows that due to the inertia of the mechanical drive device for the welding head, a pronounced sinusoidal or zigzag formed weld seam and one by the mechanical pendulum device conditional inertia also with regard to the accuracy of the guidance of the welding head.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur selbsttätigen Führung eines Lichtbogen-Schweißbrenners enilang der Schweißfuge zu cchaffen, durch das bei geringem apparativen Aufwand und unabhängig von Form und Material der Schweißfuge eine sehr präzise und störunanfällige Steuerung des Schweißbrenners erreicht wird, ohne daß sich technologisch abträgliche Einflüsse auf den Schweißprozeß und/oder auf die niedergelegte Schweißnaht ergeben.The invention is based on the object of a method for automatically guiding an arc welding torch Enilong the welding joint to be created with little equipment and Regardless of the shape and material of the weld joint, a very precise and failure-prone control of the Welding torch is achieved without any technologically detrimental effects on the welding process and / or result on the deposited weld seam.

Hierzu geht die Erfindung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus von dem beim Verfahren nach der US-PS 32 04 081 zur Anwendung kommenden Prinzip einer zu Meßzwecken erfolgenden Zwangsbewegung des werkstückseitigen Fußpunktes des Lichtbogens für sich allein aus seiner natürlichen, d. h. im Verhältnis zur Schweißfuge durch äußere Kraft unbeeinflußten Schweißlage und zeichnet sich aus durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. — Weitere vorteilhafte Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.To this end, the invention is based on the preamble of claim 1 from the The method according to US-PS 32 04 081 applied principle of a taking place for measuring purposes Forced movement of the base point of the arc on the workpiece side by itself from its natural, d. H. in relation to the welding joint by external force unaffected welding position and is characterized by the features specified in the characterizing part of claim 1. - Further advantageous details of the Process according to the invention are specified in claims 2-4.

Beim erfindungsgemäßen Venahren tastet somit der Lichtbogen als analoger Meßwandler die Flanken der Schweißfuge ab und führt eine diskontinuierliche und unperiodische Bewegung aus. Der Lichtbogen wird nur kurzzeitig zu Meßzwecken aus seiner stationären Arbeitslage herausbewegt, kehrt aber nach Rücknahme der die Auslenkung bewirkenden äußeren Kraft wieder auf die ursprüngliche Stelle zurück, und zwar solange, daß der _ vorherige stationäre Arbeitspunkt wieder einschwingt Erst danach erfolgt eine kurzzeitige Auslenkung des Lichtbogens zur anderen Seite hin und ίο von da aus wieder zurück in den sich einschwingenden stationären ArbeitspunktWhen Venahren according to the invention, the arc scans the flanks of the as an analog transducer Weld joint and performs a discontinuous and non-periodic movement. The arc will only briefly moved out of its stationary working position for measuring purposes, but returns after withdrawal the external force causing the deflection back to the original position, for as long as that the previous stationary working point settles again. Only then does a brief one take place Deflection of the arc to the other side and ίο from there back into the oscillating stationary working point

Gemessen wird jeweils im Zustand der kurzzeitigen Auslenkung, und zwar die sich durch jeweils unterschiedliche Lichtbogenlängen ergebenden Differenzen der Spannungs- und/oder Stromwerte, die ein Maß für die Lüge des Lichtbogenfußpunktes innerhalb der Schweißfuge und relativ zu einer durch die Fugenmitte verlaufenden Linie sind. Ein Meßzyklus besteht also aus einer kurzzeitigen Auslenkung des Lichtbogens zur einen Seite und einer kurzzeitigen Auslenkung zur entgegengesetzten Seite des Fugenquerschnitts, wobei jedoch zwischen beiden Auslenkungen sich in jedem Fall der stationäre Arbeitspunkt wieder einschwingt, zwischen beiden Meßauslenkungen also eine gewisse Zeitspanne liegt.Measurements are made in each case in the state of the short-term deflection, namely when the deflection is different in each case Differences in the voltage and / or current values which result in arc lengths and which are a measure of the lie of the arc root point within the weld joint and relative to one through the center of the joint running line are. A measuring cycle therefore consists of a brief deflection of the arc to one side and a brief deflection to the opposite side of the joint cross-section, with however, between the two deflections, the stationary operating point settles again in any case, there is a certain time span between the two measuring deflections.

Wann der Meßzyklus erneut beginnt, ist beliebig; dasIt does not matter when the measuring cycle starts again; the

hängt nur davon ab, wie oft man für eine bestimmte Schweißlänge unter Berücksichtigung der jeweiligen technologischen Gegebenheiten eine Korrektur der Brennerführung für notwendig hält.just depends on how often you go for a given weld length taking into account the particular considers a correction of the burner guidance to be necessary due to technological conditions.

Infolge der beim erfindungsgemäßen Verfahren jeweils nur kurzzeitig und in weitgehend freier Folge stattfindenden Auslenkungen des Lichtbogens zwischen den Fugenflanken und die nur im Zustand der J5 kurzzeitigen Auslenkung stattfindende Messung der Position des elektrodenseitigen Lichtbogenansatzpunktes durch mathematische Verknüpfung der sich ergebenden Arbeitspunktverschiebungen, ergibt sich eine sehr große Führungsgenauigkeit des Schweißbrenners ohne abträgliche technologische Einflüsse hinsichtlich des Schweißvorgangs und der niedergelegten Schweißnaht; es gibt insbesondere keine sinus- oder zickzackförmige Schweißgutniederlegur.g. Das erfindungsgemäße V3rfahren ermöglicht in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche Formen von Schweißfugen und wird weder durch die Art und Form der Schweißfuge noch durch Inhomogenitäten in der Fuge sowie durch Heftstellen gestört oder nachteilig beeinflußt.As a result of the process according to the invention only briefly and in a largely free sequence occurring deflections of the arc between the joint flanks and only in the state of J5 measurement of the position of the electrode-side arc attachment point by mathematically linking the resulting shifts in the operating point, results a very high level of accuracy in guiding the welding torch without any detrimental technological influences the welding process and the weld seam laid down; in particular there are no sine or zigzag weld metal deposit g. The inventive V3rfahren enables an adaptation to different forms of Weld joints and is neither due to the type and shape of the weld joint nor due to inhomogeneities in the Joint as well as by stitching disturbed or adversely affected.

Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert, und zwar am Beispiel der Verschweißung zweier gleicher Bleche mit Y-Fuge. In der Zeichnung zeigtDetails of the method according to the invention are described in greater detail below with reference to a drawing explained, using the example of the welding of two identical sheets with a Y-joint. In the drawing shows

F i g. 1 ein £///-Diagramm für einen ungestört arbeitenden mechanisierten Lichtbogen-Schweißprozeß; F i g. 1 a £ /// diagram for one undisturbed working mechanized arc welding process;

F i g. 2 verschiedene Positionen des Lichtbogens beim erfindungsgemäßen Verfahren;F i g. 2 different positions of the arc in the method according to the invention;

F i g. 3 ein ii/ADiagramm mit den sich für die Lichtbogen-Positionen nach Fig. 2 ergebenden Arbeitspunkten; F i g. 3 an ii / A diagram showing the Working points resulting in arc positions according to FIG. 2;

F i g. 4 eine Darstellung ähnlich der F i g. 2, jedoch für einen nicht auf Fugenmitte, sondern außermittig entlang einer Fugenflanke geführten Schweißbrenner;F i g. 4 shows a representation similar to FIG. 2, but for one of them not in the middle of the joint, but eccentrically along welding torch guided by a joint flank;

F i g. 5 bis 7 schematische Darstellungen für verschiedene Vorrichtungsgestaltungen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.F i g. 5 to 7 are schematic representations for various device designs for the application of the method according to the invention.

Beim ungestört arbeitenden mechanisierten Lichtbogenschweißprozeß stellen sich stationäre Werte für die Lichtbogenspannung (U]) und den Lichtbogenstrom (I\) ein (Fig. 1), die durch den Schnittpunkt von statischer Quellen- und statischer Lichtbogenkennlinie (I₀) im i/-/-Diagramm bestimmt sind. Der Schnittpunkt stellt den stationären Arbeitspunkt dar und wird mit A₀ bezeichnet. Es sei angenommen, der Schweißbrenner befinde sich nicht exakt in Fugenmitte (F i g. 4). Durch eine kurzzeitige Auslenkung des Lichtbogens aus der Fugenmitte zur Nahtflanke des Werkstückes A (F i g. 2b) wird der stationäre Arbeitspunkt A₀ dynamisch verschoben und bewegt sich nach Aa (F i g. 3). Die Verschiebung des Arbeitspunktes wird bewirkt sowohl durch die Veränderung der Lichtbogenlänge als auch durch die veränderten Entladungsbedingungen infolge des verschobenen werkstückseitigen Lichtbogenansatzpunktes, wobei sich insbesondere die Form des Temperaturfeldes im Blech in der Nähe der Fuge auswirkt.When the mechanized arc welding process works undisturbed, steady values for the arc voltage (U) and the arc current (I \) are established (Fig. 1), which are determined by the intersection of the static source and static arc characteristic (I ₀ ) in i / - / -Chart are intended. The point of intersection represents the stationary working point and is denoted by A _0. It is assumed that the welding torch is not exactly in the middle of the joint (FIG. 4). By briefly deflecting the arc from the center of the joint to the seam flank of workpiece A (FIG. 2b), the stationary working point A _{0 is} dynamically shifted and moves to Aa (FIG. 3). The shift in the working point is caused both by the change in the arc length and by the changed discharge conditions as a result of the shifted workpiece-side arc attachment point, with the shape of the temperature field in the sheet metal in the vicinity of the joint having an effect.

Je nach dynamischem Verhalten der benutzten Schweißenergiequelle und des technischen Lichtbogens vollzieht sich die Arbeitspunktbewegung von A₀ nach Aa nicht unbedingt entlang statischer quellen- und stationärer Lichtbogenkennlinien. Von den dadurch veränderten Größen Ua und Ia werden eine oder beide oder der analoge Wert einer mathematischen Verknüpfung beider während der Auslenkphase zu Blech A gespeichert. Sodann wird die Auslenkung zurückgenommen, so daß sich der Lichtbogenfußpunkt wieder auf die ursprüngliche Stelle bewegt und der vorherige stationäre Arbeitspunkt A₀ wieder einschwingt. Anschließend erfolgt eine kurzzeitige Auslenkung des Lichtbogens aus der Fugenmitte zur Nahtflanke des Werkstücks B (Fig.2c). Es vollzieht sich jetzt eine Verschiebung des Arbeispunktes von A₀ nach Ab (F i g. 3). Von den dadurch veränderten Größen Ub und Ib werden eine oder beide oder eine mathematische Verknüpfung beider während der Ausienkphase zu Blech B gespeichert. Sodann wird die Auslenkung zurückgenommen. Der Vorgang beginnt erneut mit der Auslenkung des Lichtbogens zur Nahtflanke des Blechs Λ usw.Depending on the dynamic behavior of the welding energy source used and the technical arc, the working point movement from A ₀ to Aa does not necessarily take place along static source and stationary arc characteristics. One or both or the analog value of a mathematical combination of both of the variables Ua and Ia changed as a result are stored during the deflection phase for sheet A. The deflection is then reduced, so that the arc base point moves back to the original position and the previous stationary working point A ₀ settles again. This is followed by a brief deflection of the arc from the center of the joint to the seam flank of workpiece B (Fig. 2c). The working point is now shifted from A ₀ to Ab (FIG. 3). One or both of the variables Ub and Ib , which are changed as a result, or a mathematical combination of both are stored during the pull-out phase to form sheet B. The deflection is then reduced. The process starts again with the deflection of the arc to the seam flank of the sheet metal Λ etc.

Nur bei exakt in der Mitte befindlichem Schweißbrenner sind die Arbeitspunktverschiebungen bei gleichen Blechen A und B identisch. Die Differenz der Spannungswerte und/oder der Stromwerte aus den Phasen während der Auslenkung nach Blech A und Blech B ist dann Null.Only when the welding torch is located exactly in the middle are the shifts in the operating point with the same sheets A and B identical. The difference between the voltage values and / or the current values from the phases during the deflection towards sheet A and sheet B is then zero.

Diese Differenz wird von Null verschieden, sobald sich der drahtseitige Lichtbogenansatzpunkt nicht mehr über der Fugenmitte befindet. Die Differenz oder andere mathematische Verknüpfungen der Spannungsoder der Stromwerte oder einer mathematischen Verknüpfung der Spannungs- und Stromwerte aus den Phasen A und B ist ein Maß für die Lage des Schweißbrenners innerhalb der Schweißfuge und relativ zu einer durch die Fugenmitte verlaufenden Linie L (Fig.4). Ihr Vorzeichen kennzeichnet die Seite einer Ebene, die durch die Linie L und die Richtung der Fuge definiert ist, auf der sich der elektrodenseitige Lichtbogenansatzpunkt befindet Differenz und Vorzeichen werden zur Nachführung des Brenners und zur Ermittlung des Fugenquerschnittes herangezogen.This difference becomes different from zero as soon as the point where the arc begins on the wire is no longer above the center of the joint. The difference or other mathematical links between the voltage or current values or a mathematical link between the voltage and current values from phases A and B is a measure of the position of the welding torch within the weld joint and relative to a line L running through the center of the joint (Fig. 4 ). Its sign indicates the side of a plane that is defined by the line L and the direction of the joint on which the electrode-side arc attachment point is located. The difference and the sign are used to track the torch and to determine the joint cross-section.

Die Verstellrichtung des Brenners kann variiert werden, was der Anpassung des Prozesses bei der Verschweißung von Blechen unterschiedlicher Blechdicken oder Blechanordnungen und Fugenformen dient. The direction of adjustment of the burner can be varied, which allows the process to be adapted during the process Welding of sheets of different sheet thicknesses or sheet arrangements and joint shapes is used.

Die F i g. 5 bis 7 zeigen verschiedene Vorrichtungen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung. Als Schweißenergiequelle F kann eine kennlinienumschaltbare, geregelte transistorierte Schweißenergiequelle (F)) oder ein Transformator (Fi) vorgesehen sein. Die Auswerteelektronik D kann ein Auswertesystem von Ua und Ub oder Ia und Ib z. B. durch Differenzbildung und zur Ermittlung der Stellgröße z.B. über einen PID-Regler umfassen (Dy, Eh); es kann sich aber auch um ein Auswertesystem handeln, das zusätzlich die Phasenlage über die Energieversorgung erkennt und die Magnetstromversorgung synchronisiert (D3). Bei der Auswerteelektronik D kann es sich schließlich auch um einen Prozeßrechner mit Prozeßdatenperipherie (O₄) oder um ein konventionelles elektronisches System zur Auswertung der maßgeblichen Größen (Ds) handeln.The F i g. 5 to 7 show various devices for using the method according to the invention in a schematic representation. The welding power source F kennlinienumschaltbare, controlled transistorized welding power supply (F)) or a transformer (Fi) may be provided. The evaluation electronics D can be an evaluation system of Ua and Ub or Ia and Ib z. B. by forming the difference and for determining the manipulated variable, for example using a PID controller (Dy, Eh); however, it can also be an evaluation system that also detects the phase position via the power supply and synchronizes the magnet power supply (D3). The evaluation electronics D can ultimately also be a process computer with process data peripherals (O ₄ ) or a conventional electronic system for evaluating the relevant variables (Ds) .

Unter Bezugnahme insbesondere auf F i g. 5 ergeben sich damit folgende Möglichkeiten:With particular reference to FIG. 5 there are the following possibilities:

a) Der Schweißprozeß wird mit einer kennliniensteuerbaren transistorierten Schweißenergiequelle (F\) zunächst mit Konstantspannungskennlinie betrieben, und der Lichtbogen wird kurzzeitig aus seiner stationären Lage quer zur Fugenrichtung hintereinander in zwei entgegengesetzte Richtungen ausgelenkt; während der Auslenkphase wird die transistorierte Schweißenergiequelle (F\) auf Konstantstromcharakteristik mit einem zuvor ermittelten Strom umgeschaltet, die dabei entstehenden Lichtbogenspannungen werden erfaßt und gespeichert und nach einer mathematischen Verknüpfung mit Hilfe des elektronischen Systems (Dy) als Maß für die Position des elektrodenseitigen Lichtbogenansatzpunktes zur Brennerführung herangezogen.a) The welding process is operated with a characteristic-controllable transistorized welding energy source (F \) initially with a constant voltage characteristic, and the arc is briefly deflected from its stationary position transversely to the direction of the joint in two opposite directions one after the other; During the deflection phase, the transistorized welding energy source (F \) is switched to a constant current characteristic with a previously determined current, the resulting arc voltages are recorded and stored and, after a mathematical combination with the aid of the electronic system (Dy), as a measure of the position of the point at which the arc starts on the electrode Burner guide used.

b) Der Schweißprozeß wird mit einer kennliniensteuerbaren transistorierten Schweißenergiequelle (F)) zunächst mit Konstantstromkennlinie betrieben, und der Lichtbogen wird kurzzeitig aus seiner stationären Lage quer zur Fugenrichtung hintereinander in zwei entgegengesetzte Richtungen ausgelenkt; während der Auslenkphase wird die transistorierte Schweißenergiequelle (F\) auf Konstantspannungscharakteristik mit einer zuvor ermittelten Spannung umgeschaltet, die dabei entstehenden Lichtbogenströme werden erfaßt, gespeichert und nach einer mathemtaischen Verknüpfung mit Hilfe des elektronischen Systems (D₂) als Maß für die Position des elektrodenseitigen Lichtbogenansatzpunktes zur Brennerführung herangezogen.b) The welding process is operated with a characteristic-controllable transistorized welding energy source (F)) initially with a constant current characteristic, and the arc is briefly deflected from its stationary position transversely to the direction of the joint in two opposite directions one after the other; During the deflection phase, the transistorized welding energy source (F \) is switched to constant voltage characteristics with a previously determined voltage, the resulting arc currents are recorded, stored and, after a mathematical link with the aid of the electronic system (D ₂ ), as a measure of the position of the point at which the arc starts on the electrode used for burner guidance.

c) Als Schweißenergiequelle F wird ein konventioneller Transformator oder ein Transformator mit Gleichrichter und/oder Thyristorsteller oder ein rotierender Umformer (Fi) benutzt, und der Lichtbogen wird in Abhängigkeit von der quellenbedingten Welligkeit der elektrischen Größen Schweißspannung und Schweißstrom bei einem bestimmten Phasenwinkel kurzzeitig aus seiner stationären Lage quer zur Fugenrichtung hintereinander in zwei entgegengesetzte Richtungen ausgelenkt; während der Auslenkung werden die dabei entstehenden Arbeitspunktbewegungen (Ao nach AaX Ao nach Ab) erfaßt, gespeichert und nach einer mathematischen Verknüpfung mit Hilfe des elektronischen Systems (D3) als Maß für die Position des elektrodenseitigen Lichtbogenansatzpunktes zur"Brennerführung herangezogen.c) A conventional transformer or a transformer with rectifier and / or thyristor controller or a rotating converter (Fi) is used as the welding energy source F, and the arc is temporarily removed from its welding voltage and welding current at a certain phase angle, depending on the source-related ripple of the electrical parameters welding voltage and welding current stationary position transversely to the joint direction deflected one behind the other in two opposite directions; During the deflection, the resulting working point movements (Ao to AaX Ao to Ab) are recorded , stored and, after a mathematical combination with the aid of the electronic system (D3), used as a measure of the position of the electrode-side arc attachment point for "torch guidance".

Im letztgenannten Fall kann in den Schweißstromkreis eine Drossel eingefügt sein, die die dynamischen Eigenschaften der Schweißenergiequelle in Richtung Konstantstromcharakteristik verschiebt, so daß auf das Ermitteln und Verarbeiten der Stromwerte verzichtet werden kann.In the latter case, it can be used in the welding circuit a choke can be inserted, which direction the dynamic properties of the welding energy source Constant current characteristic shifts, so that the determination and processing of the current values is dispensed with can be.

In allen Fällen kann die Ermittlung und die Verarbeitung der maßgeblichen Größen und der erforderlichen Synchronisierungsgrößen bis zur Ermittlung und Ausgabe der Stell- bzw. Steuergrößen auch durch eine elektronische Datenverarbeitungsanlage, d. h. durch einen Prozeßrechner mit Prozeßdatenperipherie (Da) oder durch einen konventionellen elektronischen Apparat (Ds) erfolgen.In all cases, the determination and processing of the relevant variables and the necessary synchronization variables up to the determination and output of the manipulated or control variables can also be carried out by an electronic data processing system, i.e. by a process computer with process data peripherals (Da) or by a conventional electronic device (Ds ) take place.

Die unmittelbare Auslenkung des Lichtbogens kann durch ein über eine Magnetstromversorgung gespeistes Magnetfeld vorgenommen werden, das so wirkt, daß Komponenten des magnetischen Feldes den Lichtbogen senkrecht zur Lichtbogenachse und parallel zur Fugenrichtung oder Schweißrichtung durchsetzen; die Auslenkung kann auch durch Anblasen des Lichtbogens mit Gas über ein Düsenpaar erfolgen.The direct deflection of the arc can be achieved by a magnet power supply Magnetic field are made, which acts so that components of the magnetic field cause the arc enforce perpendicular to the arc axis and parallel to the direction of the joint or welding direction; the The deflection can also take place by blowing gas onto the arc through a pair of nozzles.

Aus Fig.6 und 7 ist ersichtlich, daß die sich aus der mathematischen Verknüpfung der Meßwerte ergebende Folge von Stellgrößen zur seitlichen Führung des Brenners gleichzeitig auch zur Korrektur der Lage der Vorrichtung zur Auslenkung des Lichtbogens, hier also der das Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung, relativ zur Fugenrichtung herangezogen werden kann,
ίο Die F i g. 7 zeigt zusätzlich, daß die über die Lichtbogen-Längenänderungen erfaßten Positionen des Lichtbogenfußpunktes zur Ermittlung des Fugenquerschnitts durch mathematische Verknüpfungen auch noch zur an sich bekannten Steuerung von Schweißgeis schwindigkeit und/oder stromführenden oder stromlosen Schweißzusatzdrähten herangezogen werden können. Die Auslenkungen des Lichtbogens bezüglich ihrer Stärke erfolgen dabei in diskreten Schritten oder kontinuierlich.From Fig. 6 and 7 it can be seen that the sequence of manipulated variables resulting from the mathematical combination of the measured values for the lateral guidance of the torch is also used to correct the position of the device for deflecting the arc, in this case the device generating the magnetic field, relative to the Joint direction can be used,
ίο The F i g. 7 also shows that the positions of the arc base detected via the arc length changes can also be used to determine the joint cross-section by mathematical links for the known control of welding speed and / or current-carrying or currentless filler wires. The deflections of the arc with regard to their strength take place in discrete steps or continuously.

Hierzu S Blatt ZeichnungenSee S sheet drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for automatically guiding an arc welding torch along a welding joint, whereby the arc, which remains in an unchanged position with its starting point on the electrode side, is alternately pivoted to one side or the other transversely to the welding axis by an external force and the measured values generated by the arc to the base point on the workpiece Guide of the welding torch can be used, characterized in that the arc is swiveled out briefly after one and the other joint flank at selectable time intervals, but is held in the starting position after each swiveling out until the previous steady-state values for arc voltage and arc current have stabilized again have that the current and voltage values are compared with each other in two consecutive reciprocal pivoting points in an electrical circuit arrangement and that the size and sign of the current and voltage gdifference cause the side adjustment of the burner.

2. The method according to claim 1, characterized in that the arc as a function of the source-related ripple of the electrical quantities welding voltage and welding current a certain phase angle is briefly deflected from its natural position.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that one is derived from the mathematical Linking of the measured values resulting sequence of manipulated variables for lateral guidance of the burner at the same time to correct the position of a device for deflecting the arc relative to Joint direction is used.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the Displacements with regard to their strength take place in discrete steps or continuously and the over the arc length changes detected positions of the Lichtbojsnfußpunktes to determine the Joint cross-section through mathematical links in a known manner for control of welding speed and / or current-carrying or currentless welding additional wires are used will. so