DE2703113A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der leistung eines lichtbogen- schweissbrenners - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung der leistung eines lichtbogen- schweissbrenners

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DE2703113A1 DE19772703113 DE2703113A DE2703113A1 DE 2703113 A1 DE2703113 A1 DE 2703113A1 DE 19772703113 DE19772703113 DE 19772703113 DE 2703113 A DE2703113 A DE 2703113A DE 2703113 A1 DE2703113 A1 DE 2703113A1
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073—Stabilising the arc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

(H 964)
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
H 77/07 Sln/fl 26.1.77
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweiß-
\\ brenners in Abhängigkeit von der Änderung des Niveaus der
1I Schweißbadoberfläche zu dem ihr benachbarten mittleren Niveau
der Werkstückoberfläche, wobei als Regelgröße die Änderung der Lichtbogenspannung verwendet wird.
In der Schweißtechnik ist es bekannt, mit Hilfe der Lichtbogenspannung über eine Spannungssteuerung den Abstand zwischen dem Elektrodenende und der Schweißbadoberfläche konstant zu halten und so bei hoher Schweißgeschwindigkeit eine möglichst
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gleichbleibende SchweißnahtgUte zu erzielen. Dabei wird bei einer Abstandsänderung Elektrodenende/Schweißbadoberfläche über die dann veränderte Lichtbogenspannung eine Höhenverstellung des Elektrodenendes vorgenommen, so daß der ursprüngliche Abstand wieder erreicht und eingehalten wird.
Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß auch bei einem Absinken der Schweißbadoberfläche gegenüber dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche der Abstand Elektrodenende/Schweißbadoberfläche immer konstant gehalten und die Leistung des Schweißbrenners nicht verändert wird. Dies führt zu einer immer dünner werdenden Jchweißnaht mit einem größeren Durchhang der Schweißwurzel auf der dem Schweißbrenner abgewandten Seite der zu verschweißenden Werkstücke, was letztlich mit einem Durchbrechen der Schweißung endet. Ein solches Durchbrechen der Schweißung wird bisher dadurch verhindert, daß die zu schweißende Fuge beispielsweise mit einer Metallplatte hinterlegt wird. Eine solche Hinterlegung der Schweißfuge ist Jedoch zeitraubend, umständlich und in manchen Fällen überhaupt nicht durchführbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, mit dem ohne Hinterlegung der zu schweißenden Fuge mit einem Stützelement ein Absinken
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der Schweißwurzel auf einfache Weise sicher vermieden und eine qualitätsmäßig einwandfreie Schweißung durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß j der Abstand zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche konstant gehalten wird.
Mit dem Konstanthalten des Abstandes zwischen Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche wird erreicht, daß sich bei einer Änderung des Niveaus der Schweißbadoberfläche gegenüber dem ihr benachbarten mittleren Niveau der WerkstUckoberflachen eine Längenänderung des Lichtbogens und damit eine Änderung der Lichtbogenspannung ergibt, die als Regelgröße für die Leistung des Schweißbrenners eingesetzt werden kann.
Vorteilhafterweise wird bei einer Erhöhung der Lichtbogenspannung, die infolge des Konstanthaltens des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche einer Verlängerung des Lichtbogens entspricht und die ein Absinken der SchwelQbadoberfläche gegenüber dem Niveau der benachbarten Werkstückoberfläche anzeigt, die Leistung des Schweißbrenners herabgesetzt, so daß ein Durchbrechen der Schweißwurzel auf der dem Schweißbrenner abgewandten
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Seite der zu verschweißenden Teile nicht möglich 1st.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindun^sgedankens wird die änderung der Lichtbogenspannung als Regelgröße zur Beeinflussung der Schweißparameter verwendet. Dabei ist es besonders zweckmäßig als zu beeinflussenden Schweißparameter die Schweißstromstärke heranzuziehen. Es können Jedoch auch andere Schweißparameter, wie die Schweißgeschwindigkeit oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit, bei»einer Änderung der Lichtbogenspannung geregelt werden.
Die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche läßt sich auf einfache Weise auf mechanischem Wege erreichen. Beispielsweise können dazu Rollen eingesetzt werden,
! die auf der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche ge-
I
fUhrt werden und mit dem Schweißbrenner über Hebelarme konstanter
Länge verbunden sind.
Ebenso kann eine Konstanthaltung dieses Abstandes aber auch auf elektrischem Wege, beispielsweise induktiv erfolgen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Schweißbrenner, eine Regeleinrichtung, eine mit der Regel· einrichtung in Verbindung stehende Spannungsmeßeinrichtung und
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vorteilhafterweise einen Sollwertgeber für die Lichtbogenspannung, ein Vergleichsglied sowie an dem Schweißbrenner eine Einrichtung zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche auf. Sowohl der Sollwertgeber als auch die Spannungsmeßeinrichtung stehen Über das Vergleichsglied mit der Regeleinrichtung in Kontakt
Mit dieser Anordnung der Vorrichtung ist es möglich, j bei festgelegtem Abstand zwischen Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche einen Sollwert für die Lichtbogenspannung, der die besten Schweißergebnisse erlaubt, vorzugeben und diesen Sollwert mit einem tatsächlich gemessenen· Wert für die Lichtbogenspannung, dem Istwert der Lichtibogenspannung, zu vergleichen. Bei einer Differenz zwischen Sollwert und Istwert der Lichtbogenspannung kann dann über die Regeleinrichtung die Leistung des Schweißbrenners beeinfluß werden. Auf diese Weise wird die Schweißbadoberfläche in Bezug zu der
!{benachbarten Werkstückoberfläche auf konstanter Höhe gehalten und die Gefahr des Durchbrechens der Schweißung vermieden.
Bei einer vorteilhaften AusfUhrungsform der Vorrichtung besteht die Einrichtung an dem Schweißbrenner zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der
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4 -<r-
dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche aus einem quer zur Schweißfuge angeordneten Träger, an dem der Schweißbrenner pendelnd über der Schweißfuge aufgehängt ist, und aus auf Rollen angeordneten Stutzelementen, wobei der Träger auf den St Litze lementen gelagert ist und die Rollen parallel zur Schweißfuge auf der Werkstückoberfläche abrollen. Mit dieser Aufhängung des Schweißbrenners richtet sich, falls sich die Oberflächen der zu verschweißenden Werkstücke auf verschieden hohem Niveau befinden, der Abstand zwischen dem Elektrodenende und den dem Schweißbad benachbarten WerkstUckoberflächen nach dem Niveau beider Werk- ±Uckoberflächen, so daß ein mittlerer Abstandswert zwischen Elektrodenende und den beiden WerkstUckoberflächen eingehalten werden kann.
Ebenso können bei einer Konstanthaltung dieses Abstandes auf elektrischem Wege elektrische Meßfühler zu beiden Seiten der Schweißfuge die Werkstückoberfläche abtasten.
In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein AusfUhrungsbeiepiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Es zeigt:
Figur 1 ein Blockschaltbild zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners,
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Figur 2 eine mögliche Brenneranordnung zur mechanischen Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkst Uckoberfläche.
In dem in Figur 1 dargestellten Blockschaltbild ist mit 1 eine Einrichtung zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche bezeichnet. Beispielsweise können als Einrichtung 1 elektrische Meßfühler, die entlang den dem Schweißbad benachbarten WerkstUckoberflächen geführt werden und die mit einer Nachlaufsteuerung zur Höhenverstellung des Schweißbrenners in Verbindung stehen, verwendet werden. Ebenso kann die Einrichtung 1 aber auch als Rolle, die mit dem Schweißbrenner über einen Hebelarm in direktem Kontakt steht, ausgebildet sein.
Der mit der Einrichtung 1 festgelegte Abstand zwischen Elektroden-
dem Schweißbad
ende und dem Niveau der/benachbarten WerkstUckoberflächen wird an einen Sollwertgeber 2 für die Lichtbogenspannung weitergegeben, der in Abhängigkeit dieses Abstandswertes einen für den Schweißvorgang optimalen Sollwert der Lichtbogenspannung vorgibt. Da die Lichtbogenspannung der Lichtbogenlänge entspricht, wird damit auch der günstigste Abstand des Elektrodenendes zu der Schweiß-
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-sr-
badoberflache vorgegeben. '
Mit 3 ist eine Einrichtung bezeichnet, mit der der tatsächliche Abstand zwischen Elektrodenende und ochweißbadoberfläche gemessen wird, wobei die Lichtbogenspannung selbst als Meßwert verwendet wird. Dieser Istwert der Lichtbogenspannung ändert sich beispielsweise bei einem Absinken der Schwelßbadoberflache und damit der Schweißwurzel bd. festgehaltenem Abstand zwischen Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche durch die Einrichtung 1.
Die durch den Sollwertgeber 2 vorgegebenen und mit dem Istwertgeber J5 ermittelten Werte der Lichtbogenspannung werden anschließend in einem Vergleichsglied k miteinander verglichen. Eine sich ergebende Differenz des Sollwertes mit dem Istwert der Lichtbogenspannung wird als Regelgröße an eine Regeleinrichtung 5 zur Regelung der Leistung des Schweißbrenners weitergegeben. Mit der Regeleinrichtung 5 kann dann die Stromstärke» die Schweißgeschwindigkeit oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit j geändert werden.
In der Figur 2 sind mit 10 und 11 zwei miteinander zu verschweißende Metallplatten bezeichnet, deren Schweißkanten abgeschrägt sind, so daß eine V-förmige Schweißfuge 12 entsteht,
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; in der die Schwelßbadober^lache durch das Dezugszelchen 13 ange-
deutet ist. Die V-Form der Schweißfuge 12 ist nur beispielhaft, über der Schweißfuge 12 ist an einem Träger 17, der quer zur· Schweißfuge 12 verläuft, ein Lichtbogenschweißbrenner l4 mittels eines Gelenkes 16 pendelnd aufgehängt. Der Träger 17 ruht ebenso über Gelenke 18, l8a auf StUtzelementen 19, 19a, die auf Rollen 20, 20a auf der Oberfläche der Metallplatten 10, 11 paü rallel zur Schweißfuge 12 entsprechend der Schweißgeschwindigkeit vorwärts bewegt werden.
Die Höhe der Stutzelemente 19, 19a und der Aufhängepunkt
j des Schweißbrenners l4 an dem Träger 17 bestimmen den Abstand
I des Endes der Schweißelektrode 15 zu dem Niveau der der Schweiß-
, fuge 12 benachbarten Oberflächen der Metallplatten 10, 11. Durch
jl die Gelenkverbindung des Trägers 17 mit den Stutzelementen 19, : 19a und die pendelnde Aufhängung 16 des Schweißbrenners 14 an j dem Träger 17 wird erreicht, daß bei ungleichem Niveau der Oberflächen der Metallplatten 10, 11 ein mittlerer Abstandswert zwischen Elektrodenende und den beiden Oberflächen der Netallplatten 10, 11 eingehalten werden kann und der Schweißbrenner 14 immer Über der Mitte der Schweißfuge 12 verbleibt. Zur Vermeidung eines seitlichen Auswanderns der Stutzelemente 19* 19a können
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diese Über einen weiteren, in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichneten Träger, der ebenso über Gelenke an die Stutzelemente 19, 19a angelenkt ist, miteinander verbunden sein.
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L e e r s e ι t e

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ■ · ■ ■ ■ · i ;
    Verfahren zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners in Abhängigkeit von der Änderung des Niveaus der Schweißbadoberfläche zu dem ihr benachbarten mittleren Niveau der Werkstückoberfläche, wobei als Regelgröße die Änderung der Lichtbogenspannung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche konstant gehalten wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erhöhung der Lichtbogenspannung die Leistung des Schweißbrenners herabgesetzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Lichtbogenspannung als Regelgröße zur Beeinflußung der Schweißparameter verwendet wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zu beeinflußender Schweißparameter die Schweißstromstärke verwendet wird.
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    3· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche auf mechanischem Wege vorgenommen wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten WerkstUckoberfläche auf elektrischem Wege erfolgt.
    j7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
    Ansprüche 1 bis 6 mit einem Schweißbrenner, einer Regeleinrichtung und einer mit der Regeleinrichtung in Verbindung stehenden Spannungsmeßeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Sollwertgeber (2) für die Lichtbogenspannung und ein Vergleichsglied (4), wobei sowohl der Sollwertgeber (2) als auch die Spannungsmeßeinrichtung (j5) über das Vergleichsglied (4) mit der Regeleinrichtung (5) in Kontakt stehen, sowie eine Einrichtung (1) an dem Schweißbrenner (l4) zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad (lj5) benachbarten Werkst Uckoberflächen (10,11).
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    - Vf-
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet} daß die Einrichtung (l) zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberflächen (10,11) aus einem quer zur Schweißfuge (12) angeordneten Träger (17K an dem der Schweißbrenner (14) pendelnd über der Schweißfuße (12) aufgehängt 1st, und aus auf Rollen (20,20a) angeordneten Stutzelementen (19,19a) besteht, wobei der Träger (17) auf den Stutzelemente (19,19a) gelagert ist und die Rollen (20,20a) parallel zur ; Schweißfuge (12) auf der Oberfläche der zu verschweißenden Werkstücke (10,11) abrollen.
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