DE2703113C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-Schweißbrenners - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Lichtbogen-SchweißbrennersInfo
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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 über eine Spannungssteuerung den Abstand zwischen dem Elektrodenende 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 Lichtbogenspan-
nung 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 gegen
über 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 Schweiß
naht mit einem größeren Durchhang der Schweißwur
zel 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
so 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 Teile nicht möglich ist
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal des Erfindungsgedankens 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 ι ο Schweißgeschwindigkeit, 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 einfaehe 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 Schv/eißbad benachbarten Werkstückoberfläche einen Sollwert für die Lichtbogenspannung,
der die besten Schweißergebnisse erlaubt, -to vorzugeben und diesen Sollwert mit einem tatsächlich
gemessenen Wert für die Lichtbogenspanrung, dem Istwert der Lichtbogenspannung, zu vergleichen. Bei
einer Differenz zwischen Sollwert und Istwert der Lichtbogenspannung kann dann über die Regeleinrichtung
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. to
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 t>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- <>'>
bad benachbarten Werkstückoberflächen nach dem Niveau beider WerksJ'ckoberflächen, so daß ein
mittlerer Abstandswert zwischen Elektrodenende und den beiden Werkstückoberflächen eingehalten werden
kann.
Ebenso können bei einer Konstanthaltung dieses Abstandes auf elektrischem Wege elektrische Meßfühler
zu beiden Seiten der Schweißfuge die Werkstückoberfläche r.btasten.
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 al* Einrichtung 1
elektrische Meßfühler, die entlang deirdem Schweißbad
benachbarten Werkstückoberflächen gerührt 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 Licbtbogenspannung 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 Lichtbo genspannung wird als Regelgröße an eine Regeleinrichtung
it 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
Schweiüfuge 12 verlLuft, ein üchtbogenschweißbrenner
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 Metaliplatten 10, 11 parallel zur SchweiBfuge 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 Oberflächen der Metallplatten 10, 11 ein mittlerer Abstandswert
zwischen Elektrodenende und den beiden Oberflächen der Metallplatte!! 10, 11 eingehalten werden kann und
der Schweißbrenner 14 immer über der Mitte der Schweißfuge 12 verbleibt. Zur Vermeidung eines
seitlichen Auswanderns der Stützelemente 19, 19a können diese über einen weiteren, in der Figur der
Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichneten Träger, der ebenso über Gelenke an die Stützelemente 19, 19a
angelenkt ist, miteinander v< rbunden sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren 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, dadurch gekennzeichnet, 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu beeinflussender Schweißparameter 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
Werkstückoberfläche auf rc jchanischem 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 3uf elektrischem Wege erfolgt
5. Vorrichtung zur Durchfüh.-yig 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
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 Elektrodenende und dem Niveau der dem Schweißbad (13) benachbarten Werkstückoberflächen (10,
11).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) zur Konstanthaltung 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)
pendelnd über der Schweißfuge (12) aufgehängt ist, und aus auf Rollen (20, 20a) angeordneten
Stützelementen (19, 19a; besteht, wobei der Träger
(17) auf den Stützelementen (19, 19a,)gelagert ist und die Rollen (20,2Oa^ parallel zur Schweißfuge (12) auf
der Oberfläche der zu verschweißenden Werkstücke (10,11) abrollen.
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