DE2703113B2

DE2703113B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners

Info

Publication number: DE2703113B2
Application number: DE2703113A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 8051 Kranzberg Hildebrandt; Horst 8000 Muenchen Klett; Rudolf 8190 Wolfratshausen Pawlik; Leonhard 8023 Pullach Poth
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1977-01-26
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1979-08-09
Also published as: NL7800914A; FR2378597B1; CH624866A5; IT7819580A0; SE7800873L; JPS53104554A; DE2703113A1; US4302656A; IT1092461B; GB1584017A; FR2378597A1; DE2703113C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners mit nicht abschmelzender Elektrode 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.

In der Schweißtechnik ist es bekannt, mit Hilfe der Lichtbogenspannung Ober eine Spannungssteuerung den Abstand zwischen dem Eiektrodenende und der Schweißbadoberfläche konstant zu halten und so bei hoher Schweißgeschwindigkeit eine möglichst gleichbleibende Schweißnahtgüte 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 Schweißnaht 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 der Schweißwurzel auf einfache Weise sicher vermieden und eine qualitätsmäßig einwandfreie Schweißung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche konstant gehalten wird und mit der Änderung der Lichtbogen-Spannung als. Regelgröße die Schweißparameter so beeinflußt werden, daß bei Erhöhung (Erniedrigung) der Lichtbogenspannung die Leistung des Schweißbrenners herabgesetzt (heraufgesetzt) 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 Werkstückoberflächen 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 Schweißbadoberfläche gegenüber dem Niveau der benachbarten Werkstückoberfläche anzeigt, die Leistung des Schweißbrenners

herabgesetzt, so daß ein Durchbrechen der Schweißwurzel auf der dem Schweißbrenner abgewandten Seite der zu verschweißenden Ί eile nicht möglich ist

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal des Erfindungsgedankens wird die Änderung der Iichtbogenspannung 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 to Schweißgescjwindigkeit, 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 einfa- ι s ehe Weise auf mechanischem Wege erreichen. Beispielsweise können dazu Rollen eingesetzt werden, die auf der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche geführt 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 Regeleinrichtung in Verbindung stehende Spannungsmeßeinrichtung und vorteilhafterweise einen Sollwertgeber für die Lichtbogenspannung, ein Vergleichsglied sowie an dem Schweißbrenner eine Einrichtung zur Konstanthaltung des Abstandes zwisehen 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, 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 Lichtbogenspannung, zu vergleichen. Bei einer Differenz zwischen Sollwert und Istwert der Lichtbogenspannung kann dann über die Regelein riehtung die Leistung des Schweißbrenners beeinflußt 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 Ausführungsform der Vorrichtung besteht die Einrichtung an dem Schweißbrenner zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der 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 Stützelementen, wobei der Träger auf den Stützelementen gelagert ist und die Rollen parallel zur Schweißfuge *>o 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 Schweiß- f>5 bad benachbarten Werkstückoberflächen nach dem Niveau beider Werkstückoberflächen, so daß ein mittlerer Abstandswert zwischen Elektrodenende und den beiden Werkstückoberflächen eingehalten werden kann.

Ebenso können bei einer Kostanthaltung dieses Abstandes auf elektrischem Wege elektrische Meßfühler zu beiden Seiten der Schweißfuge die Werkstückoberfläche abtasten.

In den F i g. 1 und 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners,

F i g. 2 eine mögliche Brenneranordnung zur mechanischen Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche.

In dem in F i g. 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 Werkstückoberflächen 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 Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberflächen 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 Schweißbadoberfläche vorgegeben.

Mit 3 ist eine Einrichtung bezeichnet, mit der der tatsächliche Abstand zwischen Elektrodenende und Schweißbadoberfläche gemessen wird, wobei die Lichtbogenspannung selbst als Meßwert verwendet wird. Dieser Istwert der Lichtbogenspannung ändert sich beispielsweise bei einem Absinken der Schweißbadoberfläche und damit der Schweißwurzel bei 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 3 ermittelten Werte der Lichtbogenspannung werden anschließend in einem Vergleichsglied 4 miteinander verglichen. Eine sich ergebende Differenz des Sollwertes mit dem Istwert der Lichtbogenspannung wird als Regelgröße an eine Kegeleinrichtung 5 zur Regelung der Leistung des Schweißbrenners weitergegeben. Mit der Regeleinrichtung 5 kann dann die Stromstärke oder die Schweißgeschwindigkeit geändert werden.

In der F i g. 2 sind mit 10 und 11 zwei miteinander zu verschweißende Metallplatten bezeichnet, deren Schweißkanten abgeschrägt sind, so daß eine V-förmige Schweißfuge 12 entsteht, in der die Schweißbadoberfläche durch das Bezugszeichen 13 angedeutet 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 14 mittels eines Gelenkes 16 pendelnd aufgehängt. Der Träger 17 ruht ebenso über Gelenke 18, 18a auf Stützelementen 19, 19a die auf Rollen 20, 20a auf der

Oberfläche der Metallplatten 10, 11 parallel zur Schweißfuge 12 entsprechend der Schweißgeschwindigkeit vorwärts bewegt werden.

Die Höhe der Stützelemente 19, 19a und der Aufhängepunkt des Schweißbrenners 14 an dem Träger 17 bestimmen den Abstand des Endes der Schweißelektrode 15 zu dem Niveau der der Schweißfuge 12 benachbarten Oberflächen der Metallplatten 10, 11. Durch die Gelenkverbindung des Trägers 17 mit den Stützelementen 19,19a und die pendelnde Aufhängung 16 des Schweißbrenners 14 an dem Träger 17 wird

erreicht, daß bei ungleichem Niveau der Oberflächer der Metallplatten 10, 11 ein mittlerer Abstandswert zwischen Elektrodenende und den beiden Oberflächer der Metallplatten 10, 11 eingehalten werden kann unc der Schweißbrenner 14 immer über der Mitte der Schweißfuge 12 verbleibt. Zur Vermeidung eines seitlichen Auswanderns der Stützelemente 19, 19έ können diese über einen weiteren, in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichneten Träger der ebenso über Gelenke an die Stützelemente 19, 19i angelenkt ist, miteinander verbunden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners mit nicht abschmelzender Elektrode in Abhängigkeit von der Änderung des Niveaus der Schweißbadoberfläche zudem 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 Werkstücküberfläche konstant gehalten wird und mit der Änderung der Lichtbogen-Spannung als Regelgröße die Schweißparameter so beeinflußt werden, daß bei Erhöhung '■ "> (Erniedrigung) der Lichtbogenspannung die Leistung des Schweißbrenners herabgesetzt (heraufgesetzt) wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu beeinflussender Schweißpara- meter die Schweißstromstärke verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten 2s Werkstückoberfläche auf mechanischem Wege vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad benachbarten Werkstückoberfläche auf elektrischem Wege erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 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 ^w Sollwertgeber (2) als auch die Spannungsmeßeinrichtung (3) über das Vergleichsglied (4) mit der Regeleinrichtung (5) in Kontakt stehen, sowie eine Einrichtung (1) an dem Schweißbrenner (14) zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem ⁴^ Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad (13) benachbarten Werkstückoberflächen (10, 11).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) zur Konstanthal- tung des Abstandes zwischen dem Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad (13) benachbarten Werkstückoberflächen (10, 11) aus einem quer zur Schweißfuge (12) angeordneten Träger (17), an dem der Schweißbrenner (14) ^r>^r> pendelnd über der Schv/eißfuge (12) aufgehängt ist, und aus auf Rollen (20, 20a) angeordneten Stützelementen (19, 19s,) besteht, wobei der Träger (17) auf den Stützelementen (19, \9a) gelagert ist und die Rollen (20, Ma) parallel zur Schweißfuge (12) auf der Oberfläche der zu verschweißenden Werkstücke (10,11) abrollen.