DE2846828A1

DE2846828A1 - Vorrichtung zur automatischen bearbeitung der schweisstellen grosser zylinder

Info

Publication number: DE2846828A1
Application number: DE19782846828
Authority: DE
Inventors: Cesare Panzeri
Original assignee: Breda Termomeccanica SpA
Current assignee: Ansaldo SpA
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1979-12-06
Also published as: FR2427176B1; DE2846828C2; FR2427176A1; GB2021993A; US4229908A; IT7824114A0; IT1096437B; GB2021993B

Description

BREDA TERMOMECCANICA S.p.A.
I- 2o126 - Mailand

Vorrichtung zur automatischen Bearbeitung der Schweißstellen großer Zylinder

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Bearbeitung sowohl der Längsnähte als auch der Umfangsnähte an großformatigen Zylindern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit der es möglich ist,Schleif- und Bürstarbeiten, sowie die Fertigbearbeitung mit einem Schleifband während des Schweißens der Nähte großer Zylinder, die normalerweise für den Bau von Komponenten für den Erdöltransport, die chemische oder petrochemische Industrie, die Kernindustrie und dgl. zur Anwendung gelangen, auszuführen.

Bekanntlich verlangt das Schweißen der Verbindungsstellen, insbesondere der umfangsnähte großer Zylinder, zuvor eine maschinelle Vorbereitung der entsprechenden Abschrägungen der sich gegenüberliegenden Zylinderränder, sowie die erforderliche Anschlag- oder Zentrierschräge zwischen den Zylindern. Nach einem ersten Schweißen der Schweißfuge ist ein Putz- und Abtragungsvorgang der Gehrung und eine Glättung der Oberfläche zur Durchführung der Kontrollarbeiten vor dem Wiederbeginn des Schweißens erforderlich. Außerdem muß eine nochmalige Feinbearbeitung zum Abtragen der vorstehenden Teile

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der Schweißnähte erfolgen.

Der Vorgang des Putzens der Schweißfuge oder des Abtragens einer etwaigen Stützscheibe zum Schweißen wird normalerweise in einem komplizierten und kostspieligen Vorgang mit einem

elektischen Lichtbogenputzkopf mit Druckluftstrahl durchgeführt. Das Putzen der Schweißfuge ist nicht nur kompliziert, sondern erschwert auch eine gute Ausführung der Schweißung, für die eine

To gute Fertigbearbeitung erforderlich ist. Deshalb

muß die Geometrie der Schweißfuge und ihrer nach dem Putzen erhaltenen Oberfläclen nachfolgend mit einer langwierigen Schleifarbeit von Hand verbessert und fertiggestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung der oben genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, die Putzvorgänge mit .--■" einer Schleifscheibe, sowie nachfolgende Fertigbearbeitungen durchzuführen, wobei eine einwandfreie Geometrie der Schweißfuge mit fertigen und

für die nachfolgende Wiederaufnahme des Schweißens vorbereiteten Oberflächen erhalten wird.

Die Erfindung hat sich weiterhin zur Aufgabe gemacht eine Maschine der oben genannten Art zu schaffen, bei der das Anschleifen der Schweißfuge mit kon

stanter Schnittkraft erfolgt.

Ferner schafft, die Erfindung eine Vorrichtung die es ermöglicht, den Arbeitstisch des Arbeitskopfes verschiedenartig zu orientieren, um das Profil der Schweißfuge verändern -zu können.

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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Maschine zu schaffen, mit der es möglich ist, alle zur Vorbereitung der Schweißfuge für die Wiederaufnahme des Schweißens erforderlichen Arbeiten automatisch durchzuführen, wodurch die früher von Hand ausgeführten Rohbearbeitungs- und Fertigungsvorgänge vollständig ersetzt werden, was die Maschinenleistung bedeutend erhöht.

Die oben genannte Möglichkeiten werden erfindungsgemäß mit einer automatischen Vorrichtung für die Bearbeitung der Verbindungsstellen an großen Zylindern erreicht/ die an einem Manipulator angebracht und gekennzeichnet ist durch die folgenden Baugruppen: ein an dem Manipulator befestigtes und mit senkrechten Führungen zum Gleiten eines ersten Schlittens versehenes erstes Basisteil, ein an dem Schlitten befestigtes und mit waagrechten Führungen zum Gleiten eines zweiten Schlittens versehenes zweites Basisteil, und einen Arbeitskopf, der an dem zweiten Schlitten über eine hydropneumatische Vorrichtung befestigt ist, die wenigstens aus einem doppeltwirkenden, mit senkrechter Achse angeordneten Luftzylinder zur Lagerung des Arbeitskopfes und einem hydraulischen Dämpfer besteht, der zwischen dem zweiten Schlitten und dem Arbeitskopf angeschlossen ist,wobei die untere Kammer des Luftzylinders zum Abstützen des Arbeitskopfes mit einem hydraulischen Dämpfer besteht, der zwischen dem zweiten schlitten und dem Arbeitskopf angeschlossen ist,wobei die untere Kammer des Luftzylinders zum Abstützen des Arbeitskopfes mit einem ersten Druckwert gespeist wird, um das schnelle Heben des Arbeitskopfes zu verursachen, während die obere Kammer des Luftzylinders mit einem geringeren Druckwert gespeist wird, um den Hub nach oben aufzuheben und dem Arbeitskopf gleichzeitig einen Arbeitsdruck nach unten mit konstantem Wert zu liefern.

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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der

Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren

näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach

Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung

nach Fig. 1;

Fig. 4 die Servosteuerung zur Verfolgung von Ver

schiebungen der Schweißfuge;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 einen Schnitt nach der senkrechten Linie 6-6 in Fig. 5;
Fig. 7 einen Schnitt nach der Querlinie 7-7 der

Fig.6;

Fig. 8 einen Schnitt nach der Senkrechten 8-8 in

Fig.3;

Fig. 9 das hydropneumatische Schema zum Abstützen ° des Arbeitskopfes;

Fig. 1o die mit einer Drehung der Arbeitsplatte

der Schleifscheibe bewirkte Änderung des Schweißfugen-

profils und

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Merkmale des Querschnitts der Schweißfugen beim Verändern des

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Maximaldurchmessers der Schleifscheibe.

In den Figuren 1 und 2 ist die gesamte Bearbeitungsvorrichtung mit 1 bezeichnet. Sie weist einen mit Armen versehenen Manipulator 2 auf, der

-> in der Lage ist, die Vorrichtung 1 zu heben und

zu verschieben, um sie an eine Schweißstelle, beispielsweise eine Umfangsschweißnaht 3 zwischen großen Zylindern 4 und 5 ,anzusetzen, die um ihre eigene Längsachse drehbar zwischen zwei Rollen-

^° gruppen 6 und 7 gelagert sind. Eine Rollengruppe

ist in bekannter Weise gesteuert angetrieben.

Ein Arbeitskopf 8 ist so auf der Vorrichtung 1 gelagert, daß er in senkrechter und waagrechter Richtung bewegt werden kann, um das Werkzeug, bei-^ID spielsweise eine Schleifscheibe 9, an die Verbindungsstelle 3 heranzubringen oder etwaigen seitlichen Verschiebungen oder Verformmungen der Schweißfuge, die beispielsweise auf ein leichtes Unrundsein der Zylinder 4 und 5 zurückzuführen sind, folgen zu können.

Die Figur 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung, die nachstehend in ihren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die übrigen Figuren beschrieben wird.

Wie aus den Figuren 3,5,6 und 7 hervorgeht,

hat die Vorrichtung ein erstes Basisteil 1o,

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das an dem Manipulator befestigt ist und zwei zu der vertikalen Gleitachse parallele senkrechte prismatische Führungen 11 für einen ersten Schlitten

12 aufweist. Der Schlitten 12 ist mit Gleitschuhen

13 und 14 (Fig.7) versehen, von. denen wenigstens ein Gleitschuh 14 aus zwei Teilen besteht, um eine mechanische Blockierungsvorrichtung zu bilden,mit der der Schlitten durch Anziehen einer Schraube 15 gegenüber den senkrechten Führungen 11 blockiert

■ _Λ ,

werden kann.

Der Schlitten 12 wird entlang der Vertikalachse von einem Schneckentrieb mit Schnecke 17 und Mutter 16 bewegt. Der Schneckentrieb wird von einem

Elektrogetriebemotor 18 angetrieben und führt einen Hub mit konstanter Bewegungsgeschwindigkeit aus.

Der entlang seiner Vertikalachse bewegte Schlitten 2o

12 ist an einem zweiten Basisteil 19 mit zwei zylindrischen Führungen 2o befestigt, die eine waagrechte Achse bilden . Entlang dieser läuft ein zweiter Schlitten 21, der über eine hydropneumatische Vorrichtung den Arbeitskopf 8 trägt. Die waagrechte Achse ermöglicht eine Positionierbewegung des Arbeitskopfes 8 und das Verfolgen der ümfangsschweißnaht 3 , damit das Werkzeug immer genau zur Schweißstelle eingestellt ist. Aus diesem Grunde wird der Schlitten

21 beispielsweise von einer Kugelumlaufspindel 22 be-3o

wegt, die unmittelbar mit der Welle eines Elektro-Schrittmotores 23 verbunden ist, um zwei versverschiedene Funktionen auszuführen. Eine Funktion ist Positionierung des Arbeitskopfes entlang der Horizontalachse, nähmlich quer zur ümfangsfuge 3

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/IO

mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit, und die andere Funktion ist die Eigenverfolgung der Schweißnaht während des Betriebes des Arbeitskopfes. Wie im Schema der Fig. 4 gezeigt ist, wird der Schrittmotor 23 von einer Kontrolleinheit gesteuert, die ein Steuergerät 24 und einen Impulsübertrager 25 enthält, der mit einem Positionsgeber 26, beispielsweise einem !Codierer, verbunden ist, der

über einen Fühler 27 die Verschiebung der Schweiß-1o

naht 3 parallel zur Achse der Zylinder 4,5 abtastet.

Beispielsweise kann als elektronische Regeleinheit der Typ STM 18oo CW der amerikanischen Firma Superior-Electric und als Schrittmotor 23 der Typ 118FY

12 desselben Herstellers benutzt werden, der eine 15

hohe statisch-dynamische Steifigkeit hat. Auf diese

Weise wird die axiale Driftwirkung der Zylinder beispielsweise während des Schleifvorganges und der Bildung einer neuen Schweißfuge 28 ( in Fig.4 gestrichelt eingezeichnet) vor Wiederaufnahme des 2o

Schweißens beseitigt.

Mit Bezugnahme auf die Figuren, insbesondere auf das Schema der Fig. 9, wird nachstehend die hydropneumatische Steuerung des Lagers für den Arbeitskopf beschrieben, die es dem Arbeitskopf ermöglicht, mit konstanter Schnittkraft zu arbeiten.

Die hydropneumatische Steuerung des Lägers für den Arbeitskopf hat,wie bereits beschrieben, die Aufgabe, die Vorschubbewegung mit konstanter Schnittkraft für das Werkzeug, das Blockieren in senkrechter 3o

Stellung und die schnelle Rückkehr nach oben auszuführen .

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/11

Im dargestellten Falle besteht die hydropneumatische Steuerung aus zwei doppeltwirkenden Luftzylindern 3o, die an dem an der waagrechten Achse in Verfolgung der Schweißstelle entlanglaufenden Schlitten 21 befestigt sind. Die Schäfte 31 der

beiden Zylinder sind steif und parallel zueinander mit einem Schlitten 32 verbunden, an dem der Arbeitskopf 8 starr befestigt ist. Wie in Fig. 8 gezeigt, sind die Schäfte 31 in Umlaufbüchsen für die in den Zylinderköpfen 3o enthaltenen Kugeln

geführt. Diese Lösung bewirkt eine geringe Funktionshysterese und gewährleistet eine gute Konstanz der Schnittkraft.

Die hydropneumatische Steuerung des Lagers des Arbeitskopfes 8 umfaßt außardem einen hydraulischen

Dämpfer, der beispielsweise aus einem doppelt wirkenden ,zwischen den Schlitten 21 und 32 (Fig.9) liegenden Luftzylinder besteht.

Aus Pig. 9 ist weiterhin zu ersehen, daß die untere Kammer 34 der beiden Luflzylinder 3o über eine Filter-

Reduzier- und Schmiergruppe 35 mit einer Druckmittelquelle 36 zur.i Versorgung der unteren Zylinderkammern 34 mit einem ersten Druckwert verbunden ist, um das Gewicht des Arbeitskopfes 8 und des Lagerschlittens 32 auszugleichen, wobei eine schnelle Bewegung nach oben bestimmt wird. Gleichzeitig wird die obere Kammer 36 der Zylinder 3o über einen weiteren Druckreduzierer 37 und ein Elektroventil 38 mit einem zweiten niedrigeren Druckwert versorgt, der den aufwärts gerichteten Druck des Arbeitskopfes

ausgleicht und dem Arbeitskopf einen abwärts gerichteten Arbeitsdruck mit konstantem Wert liefert.

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Dieser abwärtsgerichtete Druck konstanten Wertes bewirkt eine konstante Schnittkraft der Schleifscheibe 9 während des Schleifens der Schweißnaht.

Die obere und untere Kammer des hydraulischen Dämpfers 33 sind in einer geschloßenen Schaltung verbunden, die zwei in entgengesetzter Richtung wirkende, beispielsweise von Hand zu steuernde, Drosselventile, sowie die Ventile und Sicherheitsventile 41, 42, 43 mit hydropneumatischer Steuerung umfaßt, die zweckmäßig betätigt werden können, um außer der Schwingungsdämpfung des Arbeitskopfes auch eine Überwachung der Senkgeschwindigkeit des Kopfes bei erregten Ventilen 38 und 42, die Blockierung des Kopfes in einer beliebigen Stellung durch den Erreger des Elektroventils 41 mit

lufthydraulischer Stellung und die schnelle Rückkehr des Arbeitskopfes nach oben mit den nicht erregten Ventilen 38, 41 und 42 zu ermöglichen.

Die Vorrichtung umfaßt außerdem die Möglichkeit der

Winkeleinstellung des Arbeitskopfes gemäß einer zur senkrechten Achse des Arbeitskopfes parallelen Achse. Aus diesem Grunde ist- wie in Fig. 3 gezeigtder Schlitten 32 zum Abstützen des Arbeitskopfes

²^ 8 unmittelbar an den Stellen 44 und 45 an den beiden

querverlaufenden Stützschultern, an denen die Schäfte 31 der Luftzylinder 3o befestigt sind, angelenkt. Auf diese Weise kann der Arbeitskopf gedreht und mit Schrauben in einer Winkelstellung ° blockiert werden, die -wie gezeigt- an einer Strich-

skala abgelesen werden kann. Diese Drehung oder Winkeleinstellung des Arbeitskopfes ermöglicht ,wie

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bei der Schleifscheibe (konstante Stärke), eine fortlaufende Reihe von Querschnitten der Schweißfuge, deren Breite mit dem Zunehmen der Abwinklung der Schleifscheibe zunimmt. In der Tat hängt der zu erhaltende Querschnitt der Schweißfuge nur von der Abwinklung und der Stärke der Schleifscheibe ab und ist praktisch nicht vom Verschleiß und der Veränderung des Durchmessers der Schleifscheibe beeinflußt, was beispielsweise . ■ ,aus den Figuren 1o und 11 ersichtlich ist, wo mit A die Höchstbreite da: Schweißfuge, mit L die Wurzelbreite und mit B die Tiefe angegeben ist. In Fig. 11 stellen die Kurven D .D und D_ die Veränderungen der Höchstbreite der Schweißfuge beim Verändern der Tiefe der Schweißfuge für eine Abwinklung c*L= mit L = 12mm jeweils für folgende Durchmesser der Schleifscheiben dar: D.= 4oo mm , D2= 5oo mm und D-= 600 mm. Aus diesen Figuren ist zu entnehemen, daß die normalen Werte von B bei 25 mm liegen; beim Verändern des Schleifscheibendurchmessers ergeben sich bei A kleine Veränderungen. Daher ist es möglich, zu jedem Zeitpunkt des Arbeitsvorganges eine abgenützte Schleifscheibe durch eine neue Schleifscheibe zu ersetzen, ohne die ursprüngliche Winkeleinstellung des Arbeitskopfes korrigieren zu müssen.

In Fig. 3 ist eine Variante der Vorrichtung gezeigt, bei der die Schleifscheibe 9 auch durch eine drehbare Metallbürste oder durch ein Schleifband 46 ersetzt werden kann, das um Umlenkrollen 47 und eine anstelle der Schleifscheibe 9 angebrachte

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Gummirolle 48 umläuft. Die Gummirolle 48 wird von dem Elektromotor 5o zur Steuerung der Schleifscheibe 9 ( Fig.4) über den Riemenantrieb 51 gesteuert. Die Anwendung des Schleifbandes ist infolge der Möglichkeit der Winkeleinstellung

des Arbeitstisches des Arbeitskopfes vorteilhaft, weil er das Abtragen der LängsSchweißnähte mit einer Komponente der Vorschubgeschwindigkeit des Bandes in der Richtung der Schweißnaht und ebenso eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit in Querrichtung

ermöglicht.

Aus den vorstehenden Ausführungen und den Zeichnungen geht hervor, daß die Vorrichtung zur Bearbeitung der Verbindungsstellen bei großen Zylindern es ermöglicht, die Schleifarbeit bei hoher Schnittgeschwindigkeit und mit konstanter

Schnittkraft durchzuführen. Dadurch ergibt sich eine Maximierung des abzutragenden Materialvolumens, wobei eine Schweißfuge konstanter Tiefe entsteht, deren Grundfläche genau zylindrisch ist.

Die Vorrichtung kann mit vorzüglichen Ergebnissen

und sehr kurzen Einstellzeiten auch bei Schweißreparaturen eingesetzt werden, um eine fehlerhafte Schweißnaht innerhalb der Schweißfuge abzutragen. •Außerdem kann die Schleifarbeit bei Umfangsverbindungsstellen . gleichzeitig mit innerer oder

äußerer Füllschweißung ausgeführt werden,so. daß auf diese Weise eine weitere Zeitersparnis für die Durchführung der Gesamtschweißung erziehlt wird.

Weiterhin ist es mit der Vorrichtung möglich,

durch Auswechseln der Schleifscheibe 9 gegen eine

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drehbare Metallbürste Putz- und Polierarbeiten an der ausgeführten Schweißnaht vorzunehmen. Bei der Durchführung dieses Vorganges bleibt der Arbeitskopf in blockierter Stellung. Eine Drehung des Zylinders genügt, um ein einwandfreies Polieren ohne Spuren von Oxyd und Schleifrückständen zu erhalten.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Vorrichtung zur automatischen Bearbeitung der Verbindungsstellen von großen Zylindern, mit einem Manipulator, gekennzeichnet durch die folgenden Baugruppen: ein an dem Manipulator befestigtes und mit senkrechten Führungen (11) zum Gleiten eines ersten Schlittens (12) versehenes erstes Basisteil (1o), ein an dem Schlitten (12) befestigtes und mit waagrechter Führung (2o) zum Gleiten eines zweiten Schlittens (21) versehenes zweites Bäsisteil (19), und einen Arbeitskopf (8), der an dem zweiten Schlitten

(21) über eine hydropneumatische Vorrichtung befestigt ist, die wenigstens aus einem doppeltwirkenden, mit senkrechter Achse angeordneten Luftzylinder (3o) zur Lagerung des Arbeitskopfes und einem hydraulichen Dämpfer (33) besteht, der zwischen dem zweiten Schlitten (21) und dem Arbeitskopf (8) angeschlossen ist, wobei die untere Kammer (34) des Luftzylinders (3o) zum Abstützen des Arbeitskopfes mit einem Druckwert gespeist wird, um das schnelle Heben des Arbeitskopfes zu verursachen, während die obere Kammer (36) des Luftzylinders mit einem ge

ringeren Druckwert gespeist wird,

9 0 9 8 A 9 / 0 5 0 A

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompalent Köln

um den Hub nach

ORIGINAL INSPECTED

oben aufzuheben und dem Arbeitskopf gleichzeitig einen ' Arbeitsdruck nach unten mit konstanten Wert zu liefern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß der Arbeitskopf (8) schwenkbar um eine senkrechte Achse gelagert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der waagrechte Schlitten von einem Schrittmotor (23) gesteuert ist, der von einer mit einem Wandler (26) zur Ermittlung von Axialverschiebungen der Verbindungsteile verbundenen Kontrollschaltung (26) gespeist wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulisch Dämpfer aus einem Zylinder (33) besteht, dessen Kammern in einem geschlossenen Kreis verbunden sind, der Drosselventile (39,4o) enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den geschlossenen Kreis des hydraulischen Dämpfers (33) pneumatisch gesteuerte Absperrventile (41,42,43) eingeschaltet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf (8) an einem längs der Schäfte eines doppeltwirkenden

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Luftzylinderpaares laufenden Schlitten befestigt und mittels Buchsen für den Umlauf der in den Zylinderköpfen enthaltenen Kugeln geführt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Arbeitskopf (8) mit Mitteln zum Anbringen und zur Steuerung einer Schleifscheibe (9) versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf (8) mit Mitteln zum Anbringen und zur Steuerung einer drehbaren Bürste versehen ist.
9.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf (8) mit Mitteln zum Anbringen und zur Steuerung eines Schleifbandes versehen ist.

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