DE2546221B2

DE2546221B2 - Method for automatically guiding an arc welding head and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE2546221B2
Application number: DE19752546221
Authority: DE
Inventors: Peter Hirsch; Franz-Josef King
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1975-10-15
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2546221C3; DE2546221A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device for Exercise the procedure.

Beim automatischen Lichtbogenschweißen langer Nähte erbringt eine Abweichung des Brenners aus der Fugenmitte eine fehlerhafte Schweißung. Deshalb sind bereits zahlreiche Lösungen zum selbsttätigen Führen des Schweißkopfes vorgeschlagen worden.With automatic arc welding of long seams, the torch deviates from the A faulty weld in the middle of the joint. That is why there are already numerous solutions for automatic guidance of the welding head has been proposed.

Es ist so bereits bekannt, zur Mittensteuerung des Schweißbrenners mechanische Mitte! wie Taststifte, Leitrollen u.dgl. einzusetzen (vgl. US-PS 30 80 472). Wesentlicher Nachteil solcher Steuerungsgeräte ist der unvermeidbare, zu Fehlsteuerungen führende Verschleiß der Fühler im rauhen Werkstattbetrieb.It is already known, for the central control of the welding torch, mechanical center! like stylus pens, Use guide rollers and the like (see US Pat. No. 3,080,472). The main disadvantage of such control devices is unavoidable wear of the sensors leading to malfunctions in rough workshop operation.

Es sind auch Lösungen für die berührungslose Führung des Schweißkopfes in Fugenmitte bekannt geworden, die auf kapazitiver, induktiver oder optischer Grundlage beruhen (s. US-PS 38 55446). Dabei sind aber zusätzliche Einrichtungen am Schweißkopf dicht an der Schweißstelle erforderlich, wodurch oft Schwierigkeiten aufgrund der Temperatur- und Schmutzempfindlichkeit der Sensoren auftraten. Außerdem haben solche Vorrichtungen den Nachteil gemeinsam, daß der unvermeidliche Abstand zwischen Meßstelle undThere are also known solutions for the contactless guidance of the welding head in the middle of the joint which are based on capacitive, inductive or optical basis (see US-PS 38 55 446). Are there however, additional devices are required on the welding head close to the welding point, which often resulted in difficulties due to the temperature and dirt sensitivity of the sensors. Also have Such devices have the common disadvantage that the inevitable distance between the measuring point and Schweißstelle von vornherein eine gewisse Führungsungenauigkeit zur Folge hat, deren Ausgleich weitere Maßnahme erfordert Solche zeigt die schon genannte US-PS 30 80 472, ferner die US-PS 3158 121 (s.The welding point from the outset leads to a certain guiding inaccuracy, the compensation of which further Measure requires such shows the already mentioned US-PS 30 80 472, also the US-PS 3158 121 (s.

insbesondere Fig. 1 u.Text). Bei stärkeren Krümmungen der Fuge ist es zudem erforderlich, Brenner und Sensor zu trennen und die Stellsignale für die Brennerverstellung zu speichern, was zusätzlichen Aufwand bedeutet Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist aucn schonespecially Fig. 1 and text). In the case of larger curvatures of the joint, it is also necessary to have a burner and a sensor to separate and to save the control signals for the burner adjustment, which means additional effort To get around these difficulties, is also nice

iü bekannt geworden, den Lichtbogen selbst als Meßfühler zu benutzen (vgl. US-PS 32 04 081; ähnl. DE-AS 10 80 712). Da aber nur eine einzige Drahtelektrode vorgesehen ist, wird der Lichtbogen magnetisch abwechselnd zu beiden Flanken der Fuge auEgelenktiü became known, the arc itself as a probe to use (see. US-PS 32 04 081; similar. DE-AS 10 80 712). But there is only one wire electrode is provided, the arc is magnetically deflected alternately to both flanks of the joint

π C;e dynamische Veränderung der Lichtbogenkenngrößen zwischen zwei Auslenkungen stellt ein Maß für die Abweichung aus Fugenmitte dar. Dieses Auslenken bleibt nicht ohne Einfluß auf den Schweißpro2eß, der sich nachteilig in der Einbrandform und der Schweißleiπ C; e dynamic change in the arc parameters between two deflections represents a measure of the Deviation from the center of the joint. This deflection does not remain without influence on the welding pro2eß disadvantageous in the form of the penetration and the welding material stung überall dort zeigt wo technologisch ein Pendeln durchaus überflüssig ist und nur zum Zwecke der Pösitionsermittlung durchgeführt wird. Zudem erfordert es den zusätzlichen Aufwand einer magnetischen Pendelvorrichtung, dazu einer aufwendigen elektronistung shows wherever technological a swing is absolutely superfluous and is only carried out for the purpose of determining the position. It also requires the additional effort of a magnetic Pendulum device, plus an elaborate electronic sehen Signalauswertung.see signal evaluation.

Es ist auch schon bekannt, zwei Drahtelektroden zu verwenden und die^e so anzuordnen, daß der eine Lichtbogen die eine Flanke und der andere die gegenüberliegende Flanke der Schweißfuge anschmilztIt is also already known to use two wire electrodes use and arrange the ^ e in such a way that one arc is one flank and the other the opposite flank of the weld joint melts

jo Unbedingte Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß das Brennersystem exakt in Fugenmitte geführt wird, was die Anwendung eines der oben beschriebenen Führungssysteme erfordert (vgl. hierzu: Werner Schatz »Die Unterpulververschweißung«, Eisenberg/Pfalz,jo An absolute prerequisite for this, however, is that the Burner system is guided exactly in the middle of the joint, which requires the use of one of the guide systems described above (see: Werner Schatz »The submerged arc welding«, Eisenberg / Pfalz, 1962).1962).

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein vom apparativen Aufwand sowie der elektronischen Steuerung her sehr einfaches und außerdem nicht mehr störanfälliges Führungssystem zu entwickeln, das dieThe invention is therefore based on the task of reducing the complexity of the equipment and the electronic Control system to develop a very simple and, moreover, no longer failure-prone management system that the

■to Vorteile der Zweidrahtschweißung (nach Schatz, s. oben) und der Fugenmittenführung des Brennersystems in sich vereinigt Ein solches System ist Gegenstand des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs. In den Unteransprüchen sind einige Einzelheiten der zugehöri-■ to the advantages of two-wire welding (according to Schatz, s. above) and the joint center guide of the burner system combined. Such a system is the subject of the characterizing part of the main claim. In the subclaims, some details of the associated

•»5 gen Vorrichtung behandelt• »5 treated with the device

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die beiden Schweißdrähte bzw. Elektroden dem Lichtbogenprozeß elektrisch voneinander isoliert zugeführt werden. In die sich so ergebenden getrennten Stromkreise ist je einAccording to the invention it is provided that the two welding wires or electrodes the arc process are supplied electrically isolated from each other. In each of the resulting separate circuits there is one Meßshunt geschaltet, mit dem die Teilströme gemessen werden, um anschließend verglichen zu werden.Switched measuring shunt with which the partial currents are measured and then compared.

Bei Abweichung des Brenners aus der Fugenmitte ergeben »ich durch Änderung der Widerstandsstrecken zwischen dem freien Ende der Drahtelektroden undIf the burner deviates from the center of the joint, »I result from changing the resistance sections between the free end of the wire electrodes and dem Werkstück über den Lichtbogen unterschiedliche Teilströme in den getrennten Stromkreisen. Die Differenz; dieser Teilströme bildet das Meßsignal, das nach einer üblichen Verstärkung zur Ansteuerung des den seitlich beweglichen Brennerschlitten antreibendenthe workpiece over the arc different Partial currents in the separate circuits. The difference; these partial currents form the measurement signal, the after a customary reinforcement to control the one that drives the laterally movable torch slide

M) Motors genutzt wird, womit eine automatische Rückstellung des Brennen in Fugenmitte erfolgtM) motor is used, which automatically resets the burning in the middle of the joint

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel, hier in Verbindung mit einer Einrichtung für Schutzgasschweißen, rein !thematisch dargestellt. Es zeigtIn the drawing is an embodiment, here in Connection with a device for inert gas welding, purely! It shows

F i g. 1 den Schweißbrenner mit Stromversorgung und Schu tzgaseinrichtung,F i g. 1 the welding torch with power supply and protective gas device,

Fig.2 die Ausbildung der Vorschubrollen für die Drahtelektroden,Fig.2 the formation of the feed rollers for the Wire electrodes,

Fig.3 das Schema der Verstärkeranlage, die dem Verstellmotor vorgeschaltet ist.Fig.3 the scheme of the amplifier system, which the Adjusting motor is connected upstream.

In F i g. 1 ist mit 1 die Stromquelle Für den Schweißstrom bezeichnet Dieser wird den beiden in einem SchutzgasschweiBbrenner 3 angeordneten Drahtelektroden 22 zugeführt Für diese ist eine gemeinsame Vorschubvorrichtung 2 vorgesehen. In den getrennten Stromzuführungen 9 befindet sich je ein handelsüblicher Shunt 10, der einen Spannungsabfall von 150 mV bei 600 A aufweist Der Abstand der beiden elektrisch voneinander getrennten, in einer gemeinsamen Schutzgasdüse 6 angeordneten Kontakrohre 4 mit Düsen 5 ist so ausgelegt, daß sich ein Elektrodenabstand von 8 mm ergibtIn Fig. 1 is the power source for the with 1 The welding current is the name given to the two in a gas-shielded welding torch 3 Wire electrodes 22 supplied. A common feed device 2 is provided for these. In the separate power supply lines 9 are each a commercially available shunt 10, which has a voltage drop of 150 mV at 600 A The distance between the two electrically separated contact tubes 4 arranged in a common protective gas nozzle 6 with Nozzle 5 is designed so that there is an electrode spacing of 8 mm

Bei einem Versuch wurde mit für einen Drahtdurchmesser von 1,0 mm üblichen Strom- und Spannungswerten von 230A und 29 V pro Draht geschweißt Die Schweißgeschwindigkeit betrug 450 mm/min. Bei einer zwangsweise aufgebrachten Nahtmittenabweichung von z. B. 2 mm betrug die Differenz der beiden Tcilströfne zwischen Werkstück 19 und Drahtende 20 über den Lichtbogen 21 beim Verschweißen einer Y-Fuge mit 60° öffnungswinkel, Blechdicke 16 mm, Steghöhe 2 mm, Luftspalt 0 mm etwa 30 A, was einer Spannungsdifferenz an den Meßshunts von 7,5 mV entsprach. Diese Spannungsdifferenz wurde mit der Meßverstärkereiinrichtung nach F i g. 3 auf das lOOfache verstärkt und in Schrittimpulse zum Ansteuern des in der Vorrichtung zur Brennerseitenverstellung verwendeten Schrittmotors M umgewandelt wobei der Brenner sich in Nahtmitte zurückstellte, bis die beiden Teilströme wieder gleich waren.In one test, the current and voltage values of 230 A and 29 V per wire, which are customary for a wire diameter of 1.0 mm, were welded. The welding speed was 450 mm / min. In the case of a forcibly applied seam center deviation of z. B. 2 mm was the difference between the two Tcilströfne between workpiece 19 and wire end 20 over the arc 21 when welding a Y-joint with 60 ° opening angle, sheet thickness 16 mm, web height 2 mm, air gap 0 mm about 30 A, which is a voltage difference corresponded to the measurement shunts of 7.5 mV. This voltage difference was measured with the measuring amplifier according to FIG. 3 amplified 100 times and converted into step pulses for controlling the stepping motor M used in the device for adjusting the side of the burner, the burner being reset in the middle of the seam until the two partial flows were equal again.

Bei schräger Ausrichtung der Fuge relativ zu der Führungsbahn des Brennervorschubwagens folgte der Brenner gleichmäßig und kontinuierlich mittels der Steuerung nach der Erfindung exakt dem aufgezwungenen Fugen verlauf in Fugenmitte. Dabei verlief der Schweißprozeß absolut störungsfrei mit gleichmäßiger Ausbildung der Wurzelraupe bzw. der nach Abschweißen der Wurzellage geschweißten Füllagen. Selbst beim Schweißen der Decklage reichte eine geringe Höhendifferenz zwischen der letzten Foliage ur:i der Fugenoberkante aus, den Brenner ohne erkennbere Mittenabweichung zu führen.If the joint was aligned at an angle relative to the guideway of the torch feed carriage, this followed Burner evenly and continuously by means of the control according to the invention exactly what is imposed Joints run in the middle of the joint. The welding process was absolutely smooth and smooth Formation of the root caterpillar or the filler layers welded after the root layer has been welded off. Even with Welding the top layer required a slight difference in height between the last foliage ur: i the upper edge of the joint off, the burner with no discernible center deviation respectively.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Verfahren zum selbsttätigen Führen eines Lichtbogen-Schweißbrenners für abschmelzende Drahtelektroden entlang der Fugenmittellinie bei symmetrischer Fuge, mit dem Lichtbogen als Meßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drahtelektroden (22) in an sich bekannter Weise räumlich nebeneinander und elektrisch parallel, jedoch voneinander isoliert angeordnet sind, daß die gleichzeitigen Stromwerte in den beiden Lichtbogen-Stromkreiszweigen (1,10,20,19) gemessen und miteinander verglichen werden, und daß eine Stromdifferenz auf eine Seitenverstelleinrichtung (M) des Schweißbrenners im Sinne seiner Rückführung zur Fugenmitte mit gleichbelasteten Lichtbogenstromkreiszweigen einwirkt1. A method for automatically guiding an arc welding torch for melting wire electrodes along the joint center line with a symmetrical joint, with the arc as the measuring sensor, characterized in that two wire electrodes (22) are arranged in a known manner spatially next to one another and electrically parallel, but isolated from one another are that the simultaneous current values in the two arc circuit branches (1,10,20,19) are measured and compared, and that a current difference acts on a side adjustment device (M) of the welding torch in terms of its return to the center of the joint with equally loaded arc circuit branches

2. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Isolierung (Sei Drahtelektroden im Schweißbereich auch die zugehörigen Vorschub- und AnpreßroHen (8, 18) sowie die Aufhängung der Haspeln für den Elektrodendraht und dessen Führungen ebenfalls voneinander isoliert ausgebildet sind.2. Apparatus for practicing the method according to claim 1, characterized in that in addition to the Insulation (be wire electrodes in the welding area as well as the associated feed and pressure tubes (8, 18) as well as the suspension of the reels for the electrode wire and its guides are formed isolated from each other.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer gemeinsamen Schutzgasdüse für das Elektrodenpaar für jede Elektrode eine besondere, an dem gemeinsamen Brenner durch Schraub- oder Steckverbindung angebrachte Schutzgasdüse vorgesehen ist3. Apparatus according to claim 2, characterized in that instead of a common protective gas nozzle for the pair of electrodes for each electrode a special one attached to the common burner by screw or plug connection Inert gas nozzle is provided

4. Vorrichtirig nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ansteuern eines Verstellmotors (M) eine an sich bekannte Steuer- und Verstärker-fcinvichtung (F i g. 3) vorgesehen ist4. Vorrichtirig according to claims 2 and 3, characterized in that a per se known control and amplifier fcinvichtung (F i g. 3) is provided for driving an adjusting motor (M)

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktrohre (4) mit den Düsen (5) in dem Gehäuse des Schutzgasbrenners in Abstand und Neigung zueinander verstellbar angeordnet sind.5. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the contact tubes (4) with the nozzles (5) in the housing of the shielding gas burner at a distance and inclination to one another are adjustable.