DE2815751A1 - Vorrichtung zum schweissen metallischer werkstuecke mit laengs der schweissnaht magnetisch bewegtem lichtbogen - Google Patents

Vorrichtung zum schweissen metallischer werkstuecke mit laengs der schweissnaht magnetisch bewegtem lichtbogen

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DE2815751A1
DE2815751A1 DE19782815751 DE2815751A DE2815751A1 DE 2815751 A1 DE2815751 A1 DE 2815751A1 DE 19782815751 DE19782815751 DE 19782815751 DE 2815751 A DE2815751 A DE 2815751A DE 2815751 A1 DE2815751 A1 DE 2815751A1
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DE
Germany
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arc
magnetic field
speed
welding
rotation
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DE19782815751
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English (en)
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Franz-Jos Dipl Ing Ganowski
Norbert Pache
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KUKA AG
Original Assignee
Industrie Werke Karlsruhe Ausburg AG
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Publication date
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/08Arrangements or circuits for magnetic control of the arc

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum Schweißen metallischer Werkstücke
  • mit längs der Schweißnaht magnetisch bewegten Lichtbogen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schweißen metallischer Werkstücke mit einem auf Grund eines längs der Schweißkantennahtbahn wirkenden externen Magnetfeldes bewegten Lichtbogen.
  • Das Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen ist ein Verfahren, auf dessen Basis bereits erste vollautomatische Maschinen arbeiten und ihre Bewährungsprobe bestanden haben. Es stellt eine sinnvolle Ergänzung des Abbrenn-, Stumpf-, Rollennaht-, Wig-, Mig-, Mag- und Reibstumpfschweißens dar und wird meist zum Schweißen von Rohren oder Werkstücken mit rohrförmigem Ansatz verwendet. Diese Teile müssen jedoch nicht drehsymmetrisch sein.
  • Das Ziel einer optiralen Investition, minimaler Aufwand bei größtem wirtschaftlichen Nutzen., kann nur erreicht werden, wenn das neue Verfahren eingebettet in die anderen oben erwähnten Techniken gesehen wird.
  • Die Vorteile sind eindeutig. Sie sind sowohl wirtschaftlicher als auch schweißtechnischer Natur und stellen eine Synthese der bisher bekannten Vorteile des Widerstand-Lichtbogen- und Reibschweißens dar.
  • Die zwei grundsätzlich möglichen Anordnungen beim Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen sind: a) Das Schweißen mit einem sich bewegenden Lichtbocjen zwischen den zu verbindenden Werkstücken.
  • h) Das Schweißen mit einen zwischen einer nicht ahschmelzenden Hilfselektrode und den Werkstücken sich bewegenden Lichtbogen.
  • Die physikalischen Grundlagen fär des Wandern bzw. Rotieren des Lichtbogens um die Stirnfläche der Werkstücke finden sich in den elektrotechnischen Grundgesetzen. ltiernach wird jeder Stromfluß von einem Magnetfeld begleitet, wobei aus Gründen der Symmetrie diese magnetischen Feldlinien bei eine. Rundleiter konzentrische reise bilden.
  • Im Falle des Stromflusses in einem Lichtbogen kann dieser näberungsweise ebenfalls als Rundleiter betrachtet werden.
  • Befindet er sich in einem zusätzlichen Magnetfeld, so iiberlagern sich dessen Feldlinien nit denen des Lichtbogens.
  • Da einerseite die magnetischen Feldlinien aus energetischen Gründen stets das Bestreben haben sich zu verkürzen und andererseits das zusätzliche Magnetfeld vektoriell fest- liegt, wirkt auf den Lichtbogen eine magnetische Kraft. Die Richtung dieser Kraft ist mittels der sogenannten Dreifingerregel der linken Hand auffindbar.
  • Zur rrzeuflung eines stationären Magnetfeldes ist es aus der deutschen Patentschrift 23 21 070 bekannt, eine Mehrzahl gleichpoliger Einzelmagnete in der Schweißobene auzuordnen.
  • Iis dieser Patentschrift ist es auch bereits bekannt, das Magnetfeld der einzelnen Magnete in einem die geschlossene Schweißkantennahtbahn umgebenden magnetisierbaren Ring zu vereinigen, so daß ein annähernd homogenes Magnetfeld längs der ganzen Schweißkantennahtbahn gewährleistet ist.
  • In (.er Patentanmeldung P 28 05 562 ist - auf der Grundprinzip der DB? 23 21 070 aufbauend - als Variante vorgeschlagen, für metallische Hohlkörper die das Magnetfeld erzeugende Magnetspule im Innenraum dieses Hohlkörpers anzuordnen.
  • In der Praxis hat es sich nun gezeigt, daß die Frequenz der durch das statische Magnetfeld erzwungenen LichtbocJenumläufe während eines Schweißarbeitsgangs variiert. Dies resultiert daraus, daß anfangs das zu schweißende 7erkstück noch kalt ist und somit die Umlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens für eine einwandfreie Schweißung zu langsa, ist - es entstehen Einbrände. Andererseits ist die Umlaufgeschwindigkeit gegen Ende eines Schweißarbeitsgangs zu groß. Dies resultiert daraus, daß die Schweißkante sehr heiß und bereits "verschweißt" ist und kann dazu führen, daß auf Grund der auf den Lichtbogen wirkenden Zentrifugalkraft Material vom Werkstück abgerissen und weggeschlendert wird. Diese Verhältnisse sind schematisch in Fig. 1 dargestellt. Bis zum Zeitpunkt t1 ist die Lichtbogen-Umlaufgeschwindigkeit zu gering und ab e.ls der Zeitpunkt t2 zu hoch.
  • Eine einwandfreie Schweißung ist nur innerhalb eines um eine mittlere (Ideal-) Geschwindigkeit vm liegenden Spektrums gewährleistet.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestoht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß stets die zumindest annähernd optimale Lichtbogen-Umlaufgeschwindigkeit eingchalten wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Mittel vortlesehen sind, über die das Magnetfeld und (lalit die Umlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens regelbar ist.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert, die in Fig. 2 a einen Querschnitt und in Fig, 2 b eine Draufsicht der in Unteranspruch definierten erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
  • r)ie eigentliche Schweißvorrichtung besteht aus zwei sich in Ebene A-A (Fig. 2a) gegenüberliegenden Magneten 1, deren Pole 2 jeweils halbkreisförmig so ausgebildet sind, daß, abgeschen von einer geringen Luftspalt, ein Kreisquerschnitt zwischen den Palen 2 freibleibt. In diesem Kreisquerschnitt und zwar mittig zur Magnetpolfläche liegen sich die zu verschweißenden Rohrenden 3,4 mit einem vorgegebenen Abstand gegenüber. Die beiden Magnete rit ihren Polschuhen und die beiden Rohrenden befinden sich während des Schweißvorgangs im entsprechenden Spann- und Aufnchmermitteln einer Schweißmaschine, so daß hinsichtlich der Zuofltnung von Werkstück und Magnetfeld stationäre Verhältnisse vorliegen.
  • Der vollständigkeit halber seien noch die elektrischen Anschlußleitungen 5, 6 für den Magnetisierungsstrom I der Magnete 1,2 erwähnt, die sclbstverständlich relativ zueinander so gewickelt sind, daß am Tireisring bzw. an den Rohrenden die gleiche magnetische Polarität anliegt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schweißvorrichtung der genannten Art um ein Aggregat ergänzt, mit dem zwecks regelung der Lichtbogen-Umlaufgeschwindigkeit diese gemessen und in Steuersignale zur Veränderung der Magnetisierung an der Schweißkantennahtbahn umgesetzt wird.
  • Dieses Zusatzaggregat besteht zuntchst aus einer Sensoreinrichtung 7, die beispielsweise induktiv nach Art eines Tonkopfes für Magnetbandgeräte, optisch auf der Grundlage der Lichtschranken funktion oder auch akustisch arbeitet.
  • Aus des gemessenen Umlauffrequenz des Lichtbogens kann dessen Umlaufgeschwindigkeit ermittelt werden. Die Meßgröße bzw. eine davon abgeleitete IST-Größe wird sodann in einem Komparater 8 mit einer äber ein Normalelement 9 extern angelegten SOLL-Größe verglichen. Je nach dem trgebnis dieses Vergleichs wird ein Steuersicjnal generiert, welches in einem Verstärker 10 verstärkt wird und jeweils aufweist eine solche Polaritä#, daß die Abweichung zwischen SOLL-und IST-Wert verringert bzw. im Idealfall auf Null gebracht wird.
  • Genauso wie verschiedene Methoden und Arten der IST-Größenriessung anwendbar sind - diesbezüglich sind auch noch andere als die genannten denkbar -, so sind auch verschiedene Arten der Iiragnetfeldheeinfluosunci denkbar. Beispielsweise läßt sich die Magnetisierungsänderung über eine - und die se Variante ist in Fig. 2 b dargestellt - Stromregelung auf der Basis einer Widerstandsänderung in der Anschlußleitung 6 erreichen.
  • Auch ist es denkbar, die Wicklung der Magnete so auszuführen, daß durch Zu- und Wegschalten von Wicklungen der gewänschte Regeleffekt erreichbar ist. Eine weitere Variante betrifft die Möglichkeit der Magnetfeldbeeinflussung über eine gesteuerte Luftspaltveränderung zwischen den Magnetpolen.
  • Bei allem darf selbstverständlich eine Grundvoraussetzung nicht vergessen werden, und dies gilt fiir jeoen Regelprozeß per se. Der Arbeitsbereich auf der Magnetisierungskurve muß annähernd linear verlaufen, um bei einer Stromänderung eine Änderung des magnetischen Feldes zu erhalten.
  • Mit der vorstchend beschriebenen Maßnahme wurden erste Erfahrungen mit den auf dem Markt befindlichen Anlage in der Weise umgesetzt, daß aufgetretene Mängel auf Grund erfinderischer Verbesserungen der vorhandenen Konzeptionen in Zukunft vermieden werden.

Claims (2)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Vorrichtung zum Schweißen metallischer Werkstücke mit einen auf Grund eines längs der Schweißkantennahtbahn wirkenden externen Magnetfeldes bewegten Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet, daß I-littel vorgesehen sind, über die das Magnetfeld und damit die Umlaufgeschwin@ig-Jteit des Lichtbogens regelbar ist.
  2. 2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Sensoreinrichtung (7) vorgesehen ist, über die die (IST-) Umlaufgeschwindigkeit des Lichthogens gemessen wird, daß ein Komparator (r) worgesehen ist, der (ile (IST-) Umlaufgeschwindigkeit mit einer SOLL-Größe (SOLL-Umlaufgeschwindigkeit) vergleicht daß eine Verstärkereinrichtung (10) vorgeschen ist, in der ein den Vergleichsergebnis entsprechendes Steuersignal generiert wird und daß eine Regeleinheit vorgeschen ist, über die die Magnetfeldänderung initiert wird.
DE19782815751 1978-04-12 1978-04-12 Vorrichtung zum schweissen metallischer werkstuecke mit laengs der schweissnaht magnetisch bewegtem lichtbogen Ceased DE2815751A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3018199A1 (de) * 1980-05-13 1981-11-19 Industrie-Werke Karlsruhe Augsburg AG Zweigniederlassung Keller & Knappich Augsburg, 8900 Augsburg Vorrichtung zum elektrischen lichtbogenschweissen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3018199A1 (de) * 1980-05-13 1981-11-19 Industrie-Werke Karlsruhe Augsburg AG Zweigniederlassung Keller & Knappich Augsburg, 8900 Augsburg Vorrichtung zum elektrischen lichtbogenschweissen
EP0040673A1 (de) * 1980-05-13 1981-12-02 KUKA Schweissanlagen GmbH Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweissen

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JPS54137452A (en) 1979-10-25

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