DE3050620C2

DE3050620C2 - Einrichtung zur Lichtbogenschweissung unter Schutzgas

Info

Publication number: DE3050620C2
Application number: DE19803050620
Authority: DE
Inventors: Deliks Voronin; Igor Fergov; Vyacheslav Gorb; Viktor Sidorov
Original assignee: N PROIZV OBZEDINENIE TECHNOLOG
Current assignee: N PROIZV OBZEDINENIE TECHNOLOG
Priority date: 1980-10-30
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1987-07-30
Also published as: DE3050620T1; WO1982001492A1; JPS57501613A; US4491715A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Lichtbogen schweißung unter Schutzgas, bestehend aus einer Vorrichtung zum Elektrodenvorschub zur Schweißzone, einer Düse für die Zuführung einer Schutzgasatmosphäre zur Schweißzone und einer Fernsehkamera für eine operative Kontrolle des Schweißvorgangs.

Derzeit ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Lichtbogen schweißung unter Schutzgas bekannt, welche eine Vorrichtung zum Elektrodenführen und -vorschub zur Schweißzone, eine Düse für die Zuführung der Schutzgasatmosphäre zur Schweiß zone und eine Fernsehaufnahmekamera, mit deren Hilfe Informa tionen über den Ablauf des Schweißvorgangs geliefert werden, umfassen (siehe z. B. den Aufsatz von I. W. Schergow et al. "Kontrolle über den Schweißvorgang durch Fernsehapparatur", Zeitschrift "Swarochnoje proiswodstwo" (Das Schweißen), Nr. 5, 1969, S. 24). Bei der bekannten Vorrichtung sind die Fernsehaufnahmekameras mit besonderen Ansatzstücken zur Sicherung des Schweißzonenbildes beim Schweißen mit offen brennenden Lichtbogen versehen. Es ist hierbei keine Möglichkeit gegeben, diese bekannte Vorrichtung für das Schweißen von dicken Blechen einzusetzen, weil wegen der schmalen Schweißfuge zwischen den zu schweißenden Stücken der Schweißvorgang visuell nicht verfolgt werden kann, und es bietet sich keine Gelegenheit, die Fernsehkamera in un mittelbarer Nähe vom Schweißbad anzuordnen.

Es ist fernerhin eine Vorrichtung zur Lichtbogenschweißung unter Schutzgas bekannt, die für die Herstellung von langge streckten Schweißnähten dient und über zwei Fernsehkameras zur Überwachung des Schweißprozesses verfügt (siehe z. B. F. W. Woronin und I. W. Schergow "Fernsteuerung und visuelle Kontrolle der Schmelzschweißvorgänge", NIIinformatjazhmash, Heft 10-74-2, Moskau, 1974, S. 25 bis 27, Abb. 9).

Diese Vorrichtung eignet sich ebenfalls nicht für das Schweißen von dicken Blechen, weil die Fernsehkameras als einzelne, im Vorderteil der Vorrichtung angeordnete konstruk tive Bauelemente ausgebildet sind. Weil das Schweißen in einer schmalen Schweißfuge von einer intensiven gerichteten Entwicklung von Verbrennungsprodukten (Ruß, Rauch) begleitet wird, bietet sich praktisch keine Möglichkeit einer Kontrolle des Schweißvorgangs infolge der Staubablagerung an den Ober flächen der optischen Elemente der Fernsehaufnahmekamera an. Die fehlende Kontrolle über den Ablauf des Schweißvor gangs erschwert den Vorgang selbst infolge von zahlreichen unkontrollierten Abweichungen von der Verfahrensweise, welche Fehler wie Unterschnitt, Verschlackungen, Kaltschweißstellen oder dergleichen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Schutzgas-Lichtbogenschweißung der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, die eine Fernsehkontrolle des Zustandes der Schweißzone und eventueller im Vorgangsablauf stattfin dender Abweichungen von der vorbestimmten Verfahrensweise erlaubt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an der rela tiv zur Schweißzone am weitesten entfernten Stirnfläche der Düse ein aus einem optisch durchsichtigen Werkstoff hergestellter Deckel angebracht ist, auf dem gleichachsig zur Düse das Objektiv der Fernsehaufnahmekamera angeordnet ist, wobei der Abstand (a) zwischen Deckel und Objektiv so festgelegt ist, daß der Schärfenbereich des Objektivs außerhalb der relativ zur Schweißzone nahe liegenden Kante der Düse liegt und die zu kontrollierenden Elemente des Schweißvorgangs, nämlich die unabhängig von der Düse zuge führte Elektrode, den Lichtbogen und die Schweißnaht, durch die die zu kontrollierenden Erzeugnisse verbunden werden, umfaßt und daß innerhalb der Düse - in Laufrichtung des Gas stromes gesehen - Netze zur Ausbildung eines Schutzgasstromes übereinander angeordnet sind, die gegeneinander so versetzt sind, daß die Zellen des vorhergehenden Netzes durch die Verbindungen der Zellen jedes nachfolgenden Netzes teilweise überdeckt werden, so daß die Gesamtheit der Netze ein Filter bildet, das den durch die Elemente des Schweißvorgangs er zeugten Lichtstrom abschwächt.

Eine Einrichtung zum Lichtbogenschweißen mit einem Schauglas, das am hinteren Ende eines Tubus der Schutzgasdüse angebracht ist, ist durch die US-PS 25 90 084 bekannt.

Die nach der vorliegenden Erfindung ausgebildete Einrichtung zur Lichtbogenschweißung unter Schutzgas gewährleistet eine Kontrolle des Ablaufs des Schweißvorgangs unter Zuhilfenahme der Gasschutz-Düse sowie die Lieferung von voller Information über den Zustand der Elemente des Schweißvorgangs, also der Elektrode, des Lichtbogens, des Schweißbades und über Abweichungen der Betriebswerte von den vorgegebenen. Der konstant bleibende Schutzgasstrom sorgt dafür, daß der Rauch und Ruß sich nicht zum optisch durchsichtigen Deckel hin ausbreiten. Die im Inneren der Düse gegeneinander versetzt angeordneten Netze bewirken eine Senkung der Intensität der durch den Lichtbogen erzeugten Lichtstrahlung auf ein Niveau, das für die Fernsehaufnahmekamera zulässig ist, wobei ein Lichtkomfort für die Abbildung des Schweißvorgangs sichergestellt wird. Durch die Anbringung des Objektivs der Fernsehaufnahmekamera in der festgelegten Entfernung von der Schutzgasdüse verschwinden die Netze aus dem Bild raum, der durch den für den Schweißvorgang verantwortlichen Bedienungsmann verfolgt wird.

All diese Vorteile vermindern wesentlich die eventuelle Entstehung von Fehlern in einer Schweißverbindung und er möglichen die Durchführung eines hochproduktiven Vorgangs der Herstellung von Erzeugnissen aus dickem Blechmaterial (z. B. von Druckgefäßen mit einer Wanddicke von bis 300 mm).

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbei spielen mit Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert, in diesen zeigt:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Lichtbogenschweißung unter Schutzgas im Längsschnitt;

Fig. 2 die Einrichtung von Fig. 1 in Seitenansicht und Längsschnitt;

Fig. 3 eine Düse für die Zuführung eines Schutzgases in einem Schnitt und mit einer Vergrößerung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf Netze mit runden Löchern;

Fig. 5 eine Ausführungsform von Netzen mit rechtwink ligen Zellen in isometrischer Darstellung.

Die Einrichtung zur Lichtbogenschweißung unter Schutzgas umfaßt eine Vorrichtung 1 (Fig. 1, 2) zum Elektrodenführen und -vorschub zur Schweißzone 3, eine Düse 4 für die Zufüh rung einer Schutzgasatmosphäre 5 und eine Fernsehaufnahme kamera 6. An der relativ zur Schweißzone 3 am weitesten abgelegenen Stirnseite 7 der Düse 4 ist ein aus optisch durchsichtigem Werkstoff hergestellter Deckel 8 vorgesehen. Das Objektiv 9 der Fernsehaufnahmekamera 6 befindet sich koaxial zur Düse 4 auf dem Deckel 8, wobei der Abstand "a" zwischen Deckel 8 und Objektiv 9 ausgehend von der Lage des Schärfenbereichs 10 des Objektivs 9 außerhalb der relativ zur Schweißzone nahe liegenden Düsenkante 11 sowie von der Umfassung der Elemente des Schweißvorgangs (der Elektrode 2, des Lichtbogens 12 und der Schweißnaht 13, durch die die zu kontrollierenden Erzeugnisse 14 verbunden werden) durch den Schärfenbereich 10 festgelegt wird.

Im Inneren der Düse 4 sind übereinander Metallnetze 15, 16, 17 zur Ausbildung eines Gasstromes angeordnet. Die Metallnetze 15 bis 17 (Fig. 3) sind gegenübereinander derart versetzt, daß die Zellen 18 des vorhergehenden Metallnetzes 15 durch die Verbindungen 19 der Zellen der nachfolgenden Netze 16, 17 teilweise überdeckt werden. Hierbei bildet die Gesamtheit der Netze 15, 16, 17 ein abschwächendes Lichtfilter, das im Wege der Fortpflanzung des durch den Lichtbogen 12 erzeug ten Lichtstroms zum Objektiv 9 der Fernsehaufnahmekamera 6 steht. Die Netze können sowohl durch Lochen mit runden Zellen (Fig. 4), als auch durch Verflechten mit rechtwink ligen Zellen (Fig. 5) hergestellt werden.

Es sei nun auf die Arbeitsweise der Einrichtung zur Licht bogenschweißung unter Schutzgas eingegangen.

Für die Durchführung des Schweißvorgangs wird die Vorrich tung 1 zum Elektrodenführen und -vorschub (Fig. 1) in die schmale Schweißfuge 20 zwischen den zu schweißenden Erzeug nissen 14 hineingesenkt, indem die Düse 4 für die Zuführung der Schutzgasatmosphäre über der Schweißfuge 20 angeordnet wird. Ein Strom der Schutzgasatmosphäre 5, der die Düse 4 passiert, schützt die Schweißzone 3 vor der Luft und trägt zur Entfernung der Verbrennungsprodukte (nicht gezeigt) in einer zur Laufrichtung der Einrichtung entgegengesetzten Richtung bei.

Die Beobachtung und Kontrolle über den Ablauf des Schweiß vorgangs und den Zustand von dessen Elementen, also der Elektrode 2, des Lichtbogens 12 und der Schweißnaht 13, vollziehen sich über die Fernsehaufnahmekamera 6. Der die Information über den Schweißvorgang tragende Lichtstrom passiert die Netze 15, 16, 17, die innerhalb der Düse 4 unter gebracht sind, den optisch durchsichtigen Deckel 8 und wird durch das Objektiv 9 der Fernsehaufnahmekamera 6 gesammelt. Die kontinierliche laminare Strömung der Schutzgasat mosphäre 5, welche durch die Düse 4 hindurchströmt, verhin dert, daß der Rauch und Ruß sich zum Deckel 8 hin ausbreiten. Parallel dazu verbleiben die Elemente des Schweißvorgangs (Die Elektrode 2, der Lichtbogen 12 und die Schweißnaht 13) im Blickfeld des Objektivs 9.

Durch die Anordnung der Netze 15, 16, 17 im Inneren der Düse 4 (Fig. 3, 4, 5), bei der die Zellen 18 jedes vorhergenden Netzes 15 durch die Verbindungen 19 des Netzes 16 usw. teil weise überdeckt werden, wird eine Verminderung der zum Durch gang der Lichtstrahlen dienenden Öffnungen erzielt, wodurch sich eine Abschwächung des durch den Schweißvorgang erzeugten Lichtstromes ergibt. Der Abstand "a" zwischen dem Deckel 8 (Fig. 1, 2) der Düse 4 und dem Objektiv 9 der Fernsehauf nahmekamera gewährleistet eine Lage des Schärfenbereichs 10 des Objektivs 9 außerhalb der relativ zur Schweißzone 3 nahe liegenden Düsenkante 11. Demnach erscheinen die in der Düse 4 untergebrachten Netze 15, 16, 17 nicht im Bild.

Die ständige Kontrollierbarkeit des Zustandes der Elektrode 2, des Verhaltens des Lichtbogens 12 und der durch Schweißen zu bildenden Naht 13 im Schweißvorgang trägt dazu bei, daß rechtzeitig Fehler wie Unterschnitte, Kaltmetall entdeckt und sie ohne Prozeßunterbrechung behoben werden können. Dies ermöglicht eine Steigerung der Arbeitsproduktivität beim Schweißen von dickerem Blechmaterial unter gleichzeiti ger Erhöhung der Güte der Schweißverbindung und Senkung der Selbstkosten bei der Herstellung von kompliziert gestal teten Konstruktionen.

Claims

Einrichtung zur Lichtbogenschweißung unter Schutzgas beste hend aus einer Vorrichtung zum Elektrodenvorschub zur Schweißzone, einer Düse für die Zuführung einer Schutzgas atmosphäre zur Schweißzone und einer Fernsehaufnahmekamera für eine operative Kontrolle des Schweißvorgangs, dadurch gekennzeichnet, daß an der relativ zur Schweißzone (3) am weitesten entfernten Stirnfläche (7) der Düse (4) ein aus einem optisch durchsichtigen Werk stoff hergestellter Deckel (8) angebracht ist, auf dem gleichachsig zur Düse (4) das Objektiv (9) der Fernsehaufnah mekamera (6) angeordnet ist, wobei der Abstand (a) zwischen Deckel (8) und Objektiv (9) so festgelegt ist, daß der Schärfenbereich (10) des Objektivs (7) außerhalb der rela tiv zur Schweißzone (3) nahe liegenden Kante (11) der Düse (4) liegt und die zu kontrollierenden Elemente des Schweiß vorgangs, nämlich die unabhängig von der Düse zugeführte Elektrode (2), den Lichtbogen (12) und die Schweißnaht (13), durch die die zu kontrollierenden Erzeugnisse (14) verbunden werden, umfaßt und daß innerhalb der Düse - in Laufrichtung des Gasstromes gesehen - Netze zur Ausbildung eines Schutz gasstromes überienander angeordnet sind, die gegeneinander so versetzt sind, daß die Zellen des vorhergehenden Netzes (15) durch die Verbindungen (19) der Zellen (18) jedes nach folgenden Netzes (16, 17) teilweise überdeckt werden, so daß die Gesamtheit der Netze (15 bis 17) ein Filter bildet, das den durch die Elemente des Schweißvorgangs erzeugten Lichtstrom abschwächt.