DE2736856C3

DE2736856C3 - Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen elektrischen Verbindungsschweißen von dickwandigen, in der Schweißstoßebene gekrümmten metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE2736856C3
Application number: DE2736856A
Authority: DE
Inventors: Kazunobu Imata Fujisawa Kojyo; Takaaki Kamakura Ogasawara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1976-08-16
Filing date: 1977-08-16
Publication date: 1982-02-04
Also published as: SE7709193L; DE2736856A1; FR2361969A1; US4260870A; DE2736856B2; IT1084153B; FR2361969B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen elektrischen Verbindungsschweißen von dickwandigen, in der Schweißstoßebene gekrümmten metallischen Werkstücken, mit steigendem Schmelzbad bei Zwangsformung der Naht und mit einer Reihe paralleler Elektroden, insbesondere durch Eiektrogas- oder Elektroschlackeschweißen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, mit einem Schweißkopf, der an einer Tragvorrichtung nach Höhe und Seite in der Elektrodenebene verschiebbar ist und der eine Reihe paralleler Elektroden durch Drahtführungsdüsen in einem Viertelkreisbogen der Schweißstelle zuführt

Es ist bekannt (US-PS 32 04 082 und US-PS 82 344), in der Schweißstoßebene gekrümmte Werk- t>5 stücke mit einer einzigen Elektrode selbsttätig zu verschweißen. Mit fortschreitender Krümmung oder Schräglage der Schweißstelle nimmt die Länge des Schmelzbades jedoch zu, so daß eine einzige Elektrode das Schmelzbad nicht über seine gesamte Länge erfassen kann. Insbesondere wenn Werkstücke großer Wanddicke zu verschweißen sind, benötigt man daher mehrere parallel zueinander angeordnete Elektroden. Da mit zunehmender Krümmung der Schweißnaht sich die Länge des Schmelzbades aber nach wie vor ändert, darf der gegenseitige Abstand der Elektroden nicht gleich bleiben, wenn sie das Schmelzbad gleichförmig beeinflussen sollen.

Bisher hat man diese Schwierigkeiten vermieden, indem man die Lage der Werkstücke während des Schweißens derart verändert, daß deren Wände im Bereich der Schweißbadoberfläche immer senkrecht verlaufen (US-PS 32 11 887). Sehr große und schweie Bauteile, wie beispielsweise Druckbehälter von Atomreaktoren lassen sich auf diese Weise nicht schweißen, da man die Werkstücke in diesem Falle nicht ohne weiteres so bewegen kann, daß die Schmelzbadoberfläche stets die gleiche Länge aufweist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeit zu schaffen, insbesondere kurvenförmig verlaufende Schweißnähte mit einer Reihe paralleler Elektroden selbsttätig aufwärts schweißen zu können, ohne dabei die miteinander zu verschweißenden Werkstücke bewegen zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspniches gelöst Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens ist Gegenstand des Anspruches 2.

Außerdem wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung gelöst, welche die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 3 aufweist

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung, und zwar zeigt

F i g. 1 ein Schema eines vorbekannten Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung zum selbsttätigen elektrischen Verbindungsschweißen von in der Schweißstoßebene gekrümmten metallischen Werkstücken,

Fig.2 ein Beispiel für einen aus mehreren in der Schweißstoßebene gekrümmten metallischen Werkstücken gemäß der vorliegenden Erfindung zusammenzuschweißenden Gegenstand,

F i g. 3 eine schematische Darstellung zum Erläutern des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens,

Fig.4 eine Seitenansicht einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung in verschiedenen Arbeitsstellungen,

F i g. 5 einen Schnitt nach Linie V-V aus F i g. 4,

F i g. 6 eine Stirnansicht des Verschiebemechanismus der Vorrichtung aus F i g. 4,

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines anderen Schweißverfahrens, das mit der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung durchgeführt wird, und

F i g. 8 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung.

Während in F i g. 1 ein bekanntes Schweißverfahren und eine dazu verwendete Vorrichtung dargestellt ist, werden nachstehend an Hand der Fig.2 bis 8 bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.

F i g. 2 zeigt ein zu schweißendes Werkstück 2, das aus stumpf miteinander zu verbindenden blattartigen bzw. petalartigen Stücken besteht und den Boden oder eine Endplatte oder Stirnplatte eines sehr großen Druckkes-

sels bildet. Das Werkstuck 2 ist halbkugelig oder konisch ausgebildet und mit seiner Basis auf der horizontal liegenden Oberfläche eines Arbeitsuntersatzes 6 angeordnet und an diesem Arbeitsuntersatz befestigt Zu Beginn des Schweißvorganges wird in gleicher Weise wie bei bekannten Schweißverfahre.i geschweißt, so daß die Oberfläche des zu verschweißenden Werkstükkes einen rechten Winkel zur Oberfläche der Schmelze oder der geschmolzenen Schlacke bildet. Beim voiiiegenden Verfahren ist die Werkstückoberfläche durch eine an die:>e Oberfläche gelegte Tangente zu ersetzen, weil das Werkstück eine sphärische oder konvexe Oberfläche aufweist Der zwischen der Tangente und der Oberfläche eier Schmelze oder geschmolzenen Schlacke gebildete Winkel Θ ändert sich jedoch in derselben Weise wie die zentrale Achse beim Fortschritt des Schweißvorganges.

Um dabei eine einwandfreie Form der Schweißnaht oder Schweißraupe zu erhalten, welche die nötige Festigkeit aufweist ist es notwendig, die Tangente L der geschweißten Oberfläche an der Stelle, an der sich die Oberfläche 8 der geschmolzenen Schlacke und die geschweißte Oberfläche 7 des Werkstückes treffen, parallel mit dem Ende jedes Schweißdrahtes 9 zu halten, ebenso wie es notwendig ist, den Abstand E zwischen der Schweißdüse 4 und der Oberfläche 8 der geschmolzenen Schlacke konstant gemäß der Darstellung von F i g. 3 zu halten.

Vergleicht man beispielsweise zwei Schweißdüsen 4a und 4b, wie in F i g. 3 gezeigt, in der Lage, wenn sich die jo Oberfläche 8 der geschmolzenen Schlacke in Position A (B₀ = 90° zu Beginn des Schweißvorganges) befindet, mit der Lage, wenn die Schweißung um einen zentralen Winkel « in die Position B fortgeschritten ist (θι = 90° -λ), so ist erkennbar, daß die Schweißdrähte ji 9 beider Schweißdüsen 4a und 4b ni-nmehr in einem Winkel λ geneigt liegen und daß die Düsen 4a und 4b praktisch parallel zur Tangente L um eine Strecke d\ = b/tg θ bzw. dz — (a + b)/ig Θ angehoben wurden.

Was den Abstand zwischen den Schweißdüsen 4a und 4b betrifft, so hat sich dieser beim Fortschreiten des Schweißvorganges aus der Position Λ-in die Position B von a in a/sin θ verändert. Auf diese Weise wurde der Abstand doppelt so groß wie ursprünglich, wenn man annimmt, daß in diesem Falle der Winkel θ = 30° betrug. Um den Schweißvorgang in der Praxis auszuführen, ist es daher notwendig, den Abstand zwischen den Elektroden mit fortschreitendein Schweißen in geeigneter Weise zu korrigieren. Das bedeutet, daß eine Einstellung bzw. Nachstellung sowohl in Richtung praktisch senkrecht zur an die jeweilige Schweißstelle gelegten Tangente zum Korrigieren des Abstandes zwischen den Elektroden als auch parallel zu dieser Tangente notwendig ist, um die Strecke E, um welche die Schweißdrähte aus den betreffenden Schweißdüsen herausragen, stets konstant zu halten.

Gleichzeitig ist ein Verschieben der Position der Schweißdüse notwendig, weil die Breite der Oberfläche der geschmolzenen Schlacke vergrößert wurde.

Die vorgeschlagene Schweißvorrichtung kann die vorstehend genannten Bedingungen gut erfüllen, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt.

In Fig.4 und 5 ist eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung dargestellt, mit der sektorenförmige oder ähnlich wie ein Blumenblatt geformte und gewölbte Metallstücke zu einer Endplatte oder Stirnplatte oder auch zu einem gewölbten Boden zusammengeschweißt werden können, deren bzw. dessen Wandstärke 200 mm, äußerer Radius 2400 mm und Neigungswinkel θ = 20° ist Da die Breite der Oberfläche der geschmolzenen Schlacke am Ende des Schweißvorganges schließlich 600 mm beträgt ist die Schweißvorrichtung mit insgesamt fünf Elektroden 4 ausgestattet.

In F i g. 4 ist eine Wand 11 der Schweißnut eine an dem Ende der Schweißnut an welchem das Schweißen beginnt, befindliche Unterlegplatte 12, eine weitere Unterlegplatte 13 am anderen Ende der Schweißnut und eine zum Fixieren an der Rückseite der Schweißnut befindliche Stahlplatte 14 zu erkennen. Die miteinander zu verschweißenden Werkstücke 2 werden auf der horizontalen Oberfläche eines Arbeitsuntersatzes 6 befestigt Die Schweißdüsen 4 und die diesen zugeordneten Vorschubmechanismen 15 für den Schweißdraht sind mittels Schrauben an Büchsen befestigt und an ersten Verschiebemechanismen 16, die zum Verschieben der Schweißdüsen im wesentlichen senkrecht zu der an die Schweißstelle gelegten Tangente dienen, und an zweiten Verschiebemechanismen 17, welche die Düsen im wesentlichen parallel zu der Tangente verschieben, gelagert Die zweiten Verschiebemechanismen können, wie in der Zeichnung dargestellt an den ersten Verschiebemechanismen gelagert sein, jedoch ist es alternativ auch möglich, den ersten Verschiebemechanismus am zweiten Verschiebemechanismus zu lagern.

Die Verschiebemechanismen für die Schweißdüsen weisen jeweils einen Motor 18 bzw. 19 auf. Diese Teile sind an einem Ausrichtmechanismus 20 für die Schweißdrahtenden angebracht, der dazu dient, die Schweißdrahtenden jeweils praktisch parallel zu der Tangente an der Schweißstelle zu halten. Die Schweißdüse, der Drahtvorschubmechanismus, der erste Verschiebemechanismus und der zweite Verschiebemechanismus sind als ganzes, d. h. also als Baueinheit, mittels des Ausrichtmechanismus 20 verdrehbar, um die Schweißlage zu steuern. Obwohl der Drahtvorschubmechanismus beim beschriebenen Ausfühningsbeispiel am Ausrichtmechanismus 20 für das Drahtende gelagert ist, kann dieser Vorschubmechanismus auch getrennt angebracht werden, um die Größe der ein Kopfstück bildenden Baueinheit zu verringern.

Der Ausrichtmechanismus 20 weist einen Synchron-Geber 21, einen Synchron-Empfänger 22, bei dem es sich um einen synchron arbeitenden Steuerumformer handelt, und einen Antriebs-Servomotor 23 auf. Die Anordnung ist so, daß der Statorstromkreis des Steuerumformers bzw. Synchron-Empfängers 22 an den des Synchron-Gebers 21 angeschlossen ist, so daß die Winkeldifferenz zwischen den Statoren als elektrisches Potential, das dem winkelmäßigen Abstand entspricht, aufgezeigt wird. Dieses elektrische Potential wird in einen Verstärker eingespeist und dann zum Betätigen eines Servomotors benutzt.

Alternativ kann der Ausrichtmechanismus für ein Schweißdrahtende so ausgebildet sein, daß der die beiden Verschiebemechanismen zusammenfassende Kopf an einer gebogenen Führung angebracht ist, deren Krümmungszentrum dort liegt, wo die Oberfläche des geschweißten Werkstückes die Oberfläche der geschmolzenen Schlacke trifft, so daß der Ausrichtmechanismus 20 um diesen Punkt gedreht werden kann. In diesem Fall kann der Ausgangspunkt für die Schwingbewegungen der Schweißdüse auf der Vorrichtung im wesentlichen feststehen, wodurch die Berechnung und Korrektur der Länge der einzelnen Schwingbewegungen oder Schwingamplituden erleichtert wird.

Wie oben erwähnt, ist es zum Draktischen Durchfüh-

ren des Schweißens notwendig, die Schweißdüsen zu verstellen, so daß der zum Ermitteln des Winkels Θ vorgesehene Teil von dem die Bewegung herbeiführenden Teil getrennt sein muß.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Synchron-Empfänger 22, welcher der den Winkel θ ermittelnde Teil ist, an einem Rahmen angebracht, an welchem auch ein die Oberfläche des zu schweißenden Werkstückes abfahrendes Kopierrad 24 und ein Mechanismus 25 zum Pressen einer verschiebbaren Stahlplatte auf die Oberfläche des geschweißten Werkstückes gelagert ist. Dieser Rahmen bildet einen äußeren Rahmen 28 für einen Führungsteil 27 eines Oszillationsmechanismus 26, während der Synchron-Empfänger 22 und sein die Oszillationen hervorrufender ι ΐ Teil einen inneren Rahmen 29 für den Führungsteil 27 des Oszillationsmechanismus 26 bilden.

Am äußeren Rahmen 28 ist ein Antriebsmotor 30 gelagert, der über eine nicht dargestellte Schnecke mit dem inneren Rahmen 29 verbunden ist. Die Drehbewe- 2« gung der Abtriebswelle des Antriebsmotors 30 wird mittels der Schnecke in eine lineare Bewegung umgesetzt.

Ein zum Pressen oder Drücken des Kopfes dienender Mechanismus 31 wird von einem elektrisch zu :5 betätigenden Zylinder gebildet, der einen unter konstantem Druck stehenden Preßmechanismus umfaßt, wobei der Mechanismus 31 dazu dient, den äußeren Rahmen 28 des oszillierenden Führungsteiles 27 zu drücken, wodurch der die verschiebbare Platte und das 3« Kopierrad 24 pressende Mechanismus diese Teile auf die Oberfläche der Schweißnaht drückt. Weiterhin dient der Mechanismus 31 dazu, einen Träger 32 zu bewegen, welcher den Kopf trägt und die gesamte Einrichtung entsprechend der Form der Oberfläche des Werkstükkes vor- und zurückbewegt.

Der Träger 32 trägt die gesamte Einrichtung einschließlich dem Oszillationsmechanismus und ist Teil einer auf geneigter Bahn bewegbaren Verschiebeeinrichtung 33, welche mit dem Fortschreiten der Schweißnaht an einer Säule 34 hochsteigt.

Der den elektrisch betätigten Zylinder umfassende Mechanismus 31 bildet nicht die einzige Möglichkeit, den Kopf gegen die Oberfläche des Werkstückes bzw. die gebildete Schweißnaht zu drücken. Hierzu sind auch andere Einrichtungen möglich. Beispielsweise kann das Kopierrad eine magnetische Rolle sein, mit deren Hilfe der Kopf verschiebbar an der Oberfläche des Werkstükkes bzw. der Schweißnaht angebracht wird. Auch kann dabei die aus Kupfer bestehende verschiebbare Platte mittels einer Feder oder dergleichen auf die Oberfläche des Werkstückes oder der Schweißnaht gedruckt werden.

Noch eine andere Möglichkeit besteht darin, das Kopierrad und die verschiebbare Platte mittels parallel zur Schweißnut sich erstreckenden Seilen auf die Oberfläche des Werkstückes zu drücken.

Nachstehend wird ein Beispiel für den praktischen Betrieb dieser Ausführungsform der Schweißvorrichtung beschrieben.

In F i g. 4 bedeutet I die Lage des Kopfes zu Beginn des Schweißvorganges, d.h. wenn der Winkel θ 90° beträgt In der Position II beträgt der Winkel θ 55° und in der Position HI20°.

Mit Beginn des Schweißens aus der Position I steigt der Spiegel der geschmolzenen Schlacke mit Zufuhr von Schweißdraht und der Träger 32 wandert entsprechend nach oben. Um dieses Ansteigen des Trägers 32 zu erreichen, sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Beispielsweise wird nach einem bekannten Verfahren der Spiegel der Schmelze mittels eines Temperaturfühlers oder einer in die verschiebbare Kupferplatte eingebetteten Elektrode ermittelt. Nach einem anderen bekannten Verfahren werden Änderungen des Schweißstromes, der Schweißspannung oder der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes als repräsentative Werte für die Änderung der Länge, um die der Schweißdraht aus der Schweißdüse herausragt, gemessen, um den Anstieg der Oberfläche der Schmelze zu ermitteln. Nach noch einem anderen Verfahren werden die Umdrehungen der Vorschubrollen für den Schweißdraht gezählt und die gesamte zugeführte Schweißmetallmenge nach dieser Anzahl der Umdrehungen berechnet. Dann wird das Ansteigen der Schmelzoberfläche aus der Änderung des Winkels θ ermittelt.

Diese üblichen Verfahren können beim beschriebenen Ausführungsbeispiel angewendet werden.

Für die vorliegende Beschreibung wird unterstellt, daß der Träger 32 aufgrund der Anwendung des auf der Ermittlung der Änderungen des Schweißstromes als repräsentativer Wert für die Änderung der Länge des aus den einzelnen Schweißdüsen herausragenden Schweißdrahtes beruhenden Ermittlungsmethode automatisch angehoben wird.

Wenn der Träger 32 entlang der schräggestellten Säule 34 der Verschiebeeinrichtung 33 nach oben wandert, werden das Kopierrad 24 und die verschiebbare Kupferplatte mittels des Mechanismus 31 auf die Oberfläche des Werkstückes gedrückt, so daß beim Hocnsteigen des Trägers 32 diese Oberfläche abgetastet wird. Dabei wird, weil der Synchron-Geber 21 die Änderungen des Winkels θ feststellt ein elektrisches Potential oder eine elektrische Spannung gemäß der Winkeldifferenz zwischen dem Stator des Gebers 21 und dem Stator des Synchron-Empfängers 22 erzeugt weil die Statorstromkreise dieser beiden Teile elektrisch miteinander verbunden sind. Dann schaltet ein mit diesem elektrischen Potential gespeistes Steuergerät den Servomotor 23 ein, um das elektrische Potential auszugleichen, d. h. um die Winkeldifferenz zwischen dem Geber und dem Empfänger zu beheben. Dementsprechend werden die Schweißdüsen 4, die Vorschubmechanismen 15, die ersten Verschiebemechanismen 16 und die zweiten Verschiebemechanismen 17 als Einheit um einen Winkel verdreht welcher der Änderung des Winkels θ entspricht, um dadurch die Enden der Schweißdrähte parallel zur Tangente der jeweiligen Schweißstellen einzustellen.

Das vorstehend beschriebene Steuerverfahren ist nicht die einzige Möglichkeit für die Durchführung des Schweißvorganges. Vielmehr können auch andere Steuerverfahren angewendet werden. Beispielsweise ist eine Kombination eines mit einem Drehteil ausgerüsteten Kodiergerätes und eines Impulsmotors oder eines schrittweise arbeitenden Motors in vorteilhafter Weise anwendbar. Auch kann die Steuerung derart vorgenommen werden, daß der den jeweiligen Winkel θ feststellende Teil nur die Oberfläche des Werkstückes abtastet und die Art der Änderung der Lage dieser Oberfläche in einem Gedächtnis speichert, wobei dann ein getrennter Teil vom Servomotor gesteuert wird, um die richtige Schweißung entsprechend der in das Gedächtnis eingespeicherten Information vorzunehmen.

Da die Enden der Schweißdrähte gesteuert werden, damit sie stets parallel zur betreffenden Tangente

liegen, muß jede Schweißdüse senkrecht und parallel zu dieser Tangente einstellbar sein, wie in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben wurde.

Dieses Einstellen der Schweißdüsen wird mittels des ersten Verschiebemechanismus 16 und des zweiten Verschiebemechanismus 17, die am Ausrichtmechanismus 20 angeordnet sind, vorgenommen. Die ersten und zweiten Verschiebemechanismen sind für die einzelnen Schweißdüsen so kombiniert, daß in jeder Kombination der zweite Verschiebemechanismus am ersten Verschiebemechanismus angebracht ist. Die Mechanismen sind so ausgebildet und angeordnet, wie in Fig.6 gezeigt, wobei zwei geradlinige Führungsstangen 40 und 41, ein auf den Führungsstangen 40 und 41 verschiebbares Verschiebebett 42, ein Antriebsmotor mit Getriebekopf 43 und ein Antriebszahnrad 44 zu erkennen sind. Eine der Führungsslangen, nämlich die Führungsstange 40, ist mit einer Zahnstange 45 versehen, in welche das Antriebszahnrad 44 eingreift.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion ist nicht die einzige Ausführungsmöglichkeit. Vielmehr können der Motor und der Getriebekopf statt an dem Verschiebebett an einem feststehenden Teil befestigt sein, wobei der Motor dann einen Schneckenzufuhrmechanismus wie eine kugelige oder ballige Schnecke antreibt, um das Spiel zu verringern.

Falls der zweite Verschiebemechanismus 17 am ersten Verschiebemechanismus 16 angeordnet ist, ist es möglich, eine Mehrzahl von Verschiebebetten auf einem einzigen Paar Führungsstangen anzuordnen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Längen der Bewegungsbahnen der einzelnen Verschiebebetten zu berechnen, damit ein ausreichender Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Schiebebetten vorhanden ist.

Falls der erste Verschiebemechanismus am zweiten Verschiebemechanismus angebracht ist, können Verschiebebetten einer Mehrzahl von zweiten Verschiebemechanismen ebenfalls auf einem gemeinsamen Paar von Führungsstangen angebracht sein.

Die Steuerung des ersten Verschiebemechanismus wird folgendermaßen durchgeführt:

Zuerst wird die Veränderung des Winkels θ oder des Wertes des Winkels θ von einem Synchron-Geber oder einem Rotations-Kodiergerät des Ausrichtmechanismus 20 ermittelt Dann wird der Abstand zwischen den der Schmelzenoberfläche gegenüberliegenden Elektroden, welcher von der Schweißbedingung zu diesem Augenblick abhängt, als Eingangssignal eingespeist und mit dem Wert sin θ multipliziert um den Abstand zwischen den Elektroden am Ausrichtmechanismus 20 zu berechnen und dadurch die Positionen der Verschiebebetten der entsprechenden Schweißdüsen zu bestimmen.

Der erste Verschiebemechanismus ist mit einer Skala zum Einstellen der Verschiebebetten versehen. Diese Skala bzw. dieser Maßstab kann durch eine Kombination eines Impulsmotors oder schrittweise arbeitenden Motors, welcher auch als Antriebsmotor dient und einem Memori-Zählschaltkreis gebildet sein. Auch ist eine Kombination einer Magnetskala und eines Memori-Zählers oder eine Kombination eines an die Welle des Antriebszahnrades angeschlossenen Potentiometers und eines Begrenzungsschalters als Skala oder Maßstab zu benutzen.

Gleichzeitig wird der Unterschied zwischen dem Abstand der der Schmelzenoberfläche gegenüberliegenden Elektroden und der Anzahl der Schweißdüsen und die Breite der Schmelzenoberfläche nach dem Wert des Winkels θ berechnet und durch den Oszillationsmechanismus kompensiert oder korrigiert.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die

Positionen der Verschiebebetten der Schweißdüsen gemäß den Änderungen des Winkels θ verändert, so daß der Abstand zwischen den Verschiebebetten den Elektrodenabständen der der Schmelzenoberfläche gegenüberliegenden Elektrode entspricht, was den Schweißbedingungen beim nach oben führenden Fort-ο schreiten des Schweißvorganges entspricht.

Andererseits ist auch eine derartige Steuerung

möglich, daß der Bereich des Winkels θ in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt wird und die Position der Verschiebebetten während der Änderungen des Winkels θ innerhalb einer der Zonen fest bleibt

Gleichzeitg können die Positionen der Verschiebebetten derart gesteuert werden, daß dieselben verschoben werden, wenn der Abstand der der Schmelzenoberfläche gegenüberliegenden Elektroden einen vorbestimmten zulässigen Maximalwert zu übersteigen beginnt

Es ist auch möglich, die Positionen der Verschiebebetten derart zu steuern, daß der zum Messen des Winkels θ und der Breite der Schmelzenoberfläche dienende Teil von dem Schweißteil getrennt ist und der getrennte Meßteil die Oberfläche des zu schweißenden Werkstükkes vor dem Schweißbereich abtastet und kopiert. Dann werden die Positionen der Verschiebebetten beim Schweißen gemäß den von dem Meßteil ermittelten jo gespeicherten Informationen gesteuert.

Die Steuerung des zweiten Verschiebemechanismus dient, wie in Verbindung mit F i g. 3 erläutert, dazu, die Ausfahrlänge £der Schweißdrähte gemäß der Schweißbedingung aufrecht zu erhalten.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Änderung des Schweißstromes als Parameter für die Ausfahrlänge E der Schweißdrähte ermittelt um das automatische Anheben des Trägers 32 zu steuern. Ferner werden die Positionen der Verschiebebetten der einzelnen Schweißdüsen gesteuert um die Veränderungen des Schweißstromes auszugleichen.

Die Steuerung der Ausfahrlängen der Schweißdrähte kann in der gleichen Weiss wie das vorstehend erläuterte automatische Anheben des Trägers 32 erfolgen.

Es ist auch möglich, die Positionen der Verschiebebetten des zweiten Verschiebemechanismus durch eine Berechnung auf Grundlage des Wertes des Winkels θ vom jeweiligen Augenblick und der Positionen der so Verschiebebetten des ersten Verschiebemechanismus zu berechnen.

Alternativ kann der zum Messen des Winkels θ und anderer Daten bestimmte Teil die Oberfläche des Werkstückes abtasten und abfahren bzw. kopieren, um die notwendigen Informationen in einem Gedächtnis zu speichern, wobei die Positionen der Verschiebebetten dann entsprechend den gespeicherten Informationen beim Fortgang des Schweißvorganges gesteuert werden.

Die Schweißvorrichtung schweißt somit die Schweißnaht fortschreitend. In der Position II hat die Schweißvorrichtung die Schweißnaht bis zu einer Stelle fertiggestellt, in welcher der Winkel θ 55" beträgt

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß man auf den zweiten Verschiebemechanismus verzichten kann, wenn die Schweißvorrichtung nur eine Schweißdüse aufweist weil in diesem Falle das automatische Anheben des Trägers 32 auch die

entsprechende Steuerung bewirkt. In diesem Falle kann der erste Verschiebemechanismus so ausgebildet sein, daß er auch als Oszillationsmechanismus dient. Wenn jedoch die Start- oder Stopp-Position des Oszillatormechanismus einzustellen ist, ist es notwendig, den ersten Verschiebemechanismus und den Oszillationsmechanismus voneinander zu trennen.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite Verschiebemechanismus derart miteinander kombiniert, daß der zweite Verschiebemechanismus vom ersten Verschiebemechanismus getragen wird, weil dies für die Anordnung einer größeren Anzahl von Schweißdüsen zweckmäßig ist Wenn die Anzahl der Schweißdüsen jedoch klein ist, kann auch der erste Verschiebemechanismus an dem zweiten Verschiebemechanismus angeordnet sein.

Wenn beispielsweise, wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel, ein Ausrichtmechanismus am zweiten Verschiebemechanismus angeordnet ist, ergibt sich der Vorteil, daß die Ausrichtung oder Einstellung der einzelnen Schweißdüsen sehr genau vorgenommen und durchgeführt werden kann, obwohl einige aufwendige Arbeiten erforderlich sind, um einen gegenseitigen Kontakt der großen Anzahl von Schweißdüsen zu vermeiden. In einem derartigen Fall ergibt sich kein praktischer Nachteil, wenn man den Ausrichtmechanismus des ersten Verschiebemechanismus wegläßt Auch ist es möglich, den Ausrichtmechanismus so anzuordnen, daß er um den Schweißbogenpunkt bzw. die Schweißstelle verdreht werden kann. In einem derartigen Fall kann die Ausrichtung oder Einstellung jeder einzelnen Schweißdüse sehr fein durchgeführt und ein gegenseitiger Kontakt zwischen den Schweißdüsen vollständig vermieden werden, obwohl die Vorrichtung wegen einer großen Anzahl von gebogenen Führungen oder einem Verbindungsmechanismus zum Drehen des Ausrichtmechanismus um den Schweißpunkt sehr groß ist.

Es ist erkennbar, daß durch Drehen des Schweißkopfes als Einheit um die Stelle, an welcher die Oberfläche des Werkstückes bzw. der Schweißnaht die Oberfläche der Schmelze schneidet, der Ausgangspunkt der Oszillation festgelegt und die Berechnung der Korrektur vereinfacht und erleichtert wird.

Fig.8 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform, welche um den Schnittpunkt zwischen der Oberfläche des Werkstückes und der Schmelze gedreht oder verschwenkt werden kann, wobei gebogene Führungen 46 und 47 vorgesehen sind, um die Tangente zur Schweißnaht zu ermitteln und einen Mechanismus zum Steuern der Lage der Schweißdüsen zu bilden.

Obwohl die Erfindung -in Hand von Ausführun^beispielen beschrieb* ή wurde, die zum Erzeugen von Stumpfschweißungen an halbkugelförmigen oder schalenförmigen Werkstücken bestimmt sind, ist es auch möglich, die Erfindung zum geneigten Aufwärtsschweißen von konischen oder ähnlichen Werkstücken zu verwenden.

Wie beschrieben wurde, wird bei Anwendung der Schweißvorrichtung zum Aufwärtsschweißen eines halbkugeligen oder konischen Werkstückes wie dem Stirnende oder dem Boden eines großen Druckkessels, wobei die Unterseite des Werkstückes, d.h. das den größeren Durchmesser aufweisende Ende desselben auf der horizontalen Oberfläche eines Untersatzes angeordnet ist, automatisch geschweißt, ohne daß eine spezielle Einstelleinrichtung zum Drehen des Werkstükkes um das Zentrum seiner Grundfläche oder eine große Einstelleinrichtung erforderlich wäre.

Außerdem wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung sehr verbessert, weil mehr als zwei Schweißnähte gleichzeitig geschweißt werden können.

Wegen des gleichzeitigen Schweißens an mehr als zwei Stellen werden die im fertig geschweißten Werkstück verbleibenden Restspannungen bedeutend gesenkt, was sehr vorteilhaft ist

Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel

lü für die Arbeitsweise der Schweißvorrichtung beschrieben.

F i g. 7 erläutert das Schweißen eines gewölbten Bodens oder einer gewölbten Stirnwand eines Kessels aus einzelnen gewölbten Stücken. Das halbkugelförmige oder konische Werkstück wird aus seinen Einzelteilen auf einem üblichen Einstellgerät einer üblichen Unterlage, oder einer speziellen Säule mit seiner den größeren Durchmesser aufweisenden Seite bzw. seinem Boden nach unten weisend aufgebaut Die einzelnen Teile des Werkstückes haben wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel eine Wandstärke von 200 mm, einen äußeren Radius von 2400 mm und einen Neigungswinkel θ von 20°. Das Schweißen erfolgt aufwärts, wobei die Halbierungslinie des Zentriwinkels

J5 der Einzelteile horizontal gehalten wird. In diesem Falle wird angenommen, daß der Zentriwinkel 70° beträgt, so daß bei horizontal gehaltener Mittellinie oder Teilungslinie dieses Zentriwinkels sich beidseits derselben ein Winkel von jeweils 35° befindet. Die maximale Breite

ίο dei Schmelzenoberfläche beträgt etwa 350 mm und ist somit kleiner als beim vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Dementsprechend kann die Anzahl der verwendeten Schweißdüsen geringer sein.
Beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es

JS notwendig, eine Einstelleinrichtung oder eine spezielle Säule zu verwenden, um die Teilungslinie des Zentriwinkels horizontal zu halten, wobei die Größe dieser Einrichtung bzw. Säule mit der Größe des zu schweißenden Werkstückes zunimmt Dieser Nachteil wird jedoch vollständig durch den Vorteil aufgewogen, daß der Zentriwinkel auf die Hälfte reduziert wird, weil er durch die horizontale Ebene in einen positiven und negativen Winkel aufgeteilt wird, worauf sich der weitere Vorteil ergibt, daß die maximale Breite der Oberfläche der Schmelze auf etwa 3/5 reduziert wird, so daß insgesamt gesehen weniger schwere Bauteile für die Anzahl von Schweißdüsen, die Schweißbedingungen und die Steuerungen der Vorrichtung erforderlich werden.

so Der Aufbau der Schweißvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist derselbe wie bei dem vorhergehend erläuterten Ausführungsbeispie! mit der Ausnahme, daß die Anzahl der Schweißdüsen geringer und die Verstelleinrichtung eine übliche vertikal zu verstellende Verstelleinrichtung anstelle einer schräg zu verstellenden Einrichtung ist.

Die Arbeitsweise ist jedoch identisch wie beim ersten Ausführungsbeispiel, soweit der Winkel θ zwischen 90° und 55° liegt Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich jedoch von dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel bezüglich des Hubes des zweiten Verschiebemechanismus und der Anordnung der Verschiebebetten dieses Verschiebemechanismus. Bei diesem Ausführungsbeispiel beginnt das Schweißen bei einem Winkel θ von 125° und ist bei einem Winkel θ von 55° beendet, wobei der Winkel θ von 90° durchlaufen wird, so daß der Hub des zweiten Verschiebemechanismus und die Anordnung der Verschiebebetten desselben so gewählt

werden müssen, daß der Hub einer Veränderung des Winkels θ zwischen 125° und 90° ebenfalls angepaßt ist. F i g. 7 zeigt schematisch zwei Elektroden 4a und 4b. Falls die Halbierungslinie des Zentriwinkels des halbkugelförmigen zu schweißenden Werkstücks horizontal gehalten wird und sich die Schmelzenoberfläche unterhalb der Halbierungslinie befindet, d. h. der Winkel θ kleiner als 90° ist, müssen die Elektroden 4a und 4b im wesentlichen parallel mit der Tangente an der Schweißstelle angehoben werden, wobei

(Z₃ = b- tg(6-90°)und
ö!, = (a + b) ■ tg(6-90°).

Daher sind die Verschiebebetten so angeordnet, daß dieselben und die Schweißdüsen selbst noch bei einem Winkel θ = 90" weiter abgesenkt werden können, damit die den Werten c6 und (U gemäß F i g. 7

entsprechenden Hübe in gutem Kontrast zu dem Fall des vorstehenden Ausführungsbeispieles stehen, bei dem die Verschiebebetten des zweiten Verschiebemechanismus so angeordnet sind, daß kein Hub zum Absenken der Verschiebebetten zur Verfügung steht, wenn der Winkel θ = 90° wurde.

Der erste Verschiebemechanismus soll den Abstand zwischen den Elektroden einstellen, um die Schweißbedingungen zu erfüllen. Um die Position mit einem Winkel θ von 90° wird vom ersten Verschiebemechanismus eine symmetrische Arbeitsweise ausgeführt, weil a/cos(e-90^o) gleich a/sin θ für symmetrische Positionen der Oberfläche der Schmelze um die Position von θ = 90° ist, d. h. wenn die Winkel ol\ und /x.2 einander gleich sind, wie F i g. 7 zeigt. Deshalb kann der erste Verschiebemechanismus bei diesem Ausführungsbeispiel ebenso arbeiten wie beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiei.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen elektrischen Verbindungsschweißen von dickwandigen, in der Schweißstoßebene gekrümmten metallischen Werkstücken, mit steigendem Schmelzbad bei Zwangsformung der Naht und mit einer Reihe paralleler Elektroden, insbesondere durch Eiektrogas- oder Elektroschlackeschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenreihe (9) in an sich bekannter Weise nach Höhe und Seite dem Schweißbad nachgeführt wird und daß die Elektrodenreihe in Abhängigkeit von der Neigung («) der konvexen Wand (7) des feststehenden Werkstückes (2) in der jeweiligen Höhe (A, B,...) des Schweißbades (8) um den gleichen Winkel («) im gleichen Richtun^ssinne um eine gemeinsame Achse (20) in der Elektrodenebene gekippt wird, wobei die Abstände der Elektrodenenden von dem Schweißbad durch Verschiebung ihrer Düsenhalterungen (15) parallel zur Richtung der Elektrodenenden gleichgehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden pendeln und ihre Amplituden proportional zur jeweiligen Schweißbadlänge (b + a + b) verstellt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Schweißkopf, der an einer Tragvorrichtung nach Höhe und Seite in der Elektrodenebene verschiebbar ist und der eine Reihe paralleler Elektroden durch Drahtführungsdüsen in einem Viertelkreisbogen der Schweißstelle zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf aus einem Führungsarm (16) besteht, der durch eine Kippvorrichtung (20) in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel (λ) der Werkstückwand (7) in der Elektrodenebene kippbar ist, daß am Führungsarm (16) Gleitbahnen (17) gehaltert sind, die in ihrem gegenseitigen Abstand in der Elektrodenebene verstellbar sind, und daß auf den Gleitbahnen (17) die Drahtführungsdüsen (4) in der Elektrodenebene rechtwinklig zum Führungsarm und damit parallel zur Austrittsrichtung der Elektrodenenden (9) in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Elektrodenenden und Schweißbad (8) verschiebbar sind.