DE3207553C2 - Schweißkopf für das Schweißen in schmalen Fugen - Google Patents

Abstract

Ein Schweißkopf für das Schweißen in schmalen Fugen besitzt ein flaches Kontaktmundstück für eine Schweißelektrode, das bezüglich der Fugenrichtung um eine in einem ebenfalls flachen Mundstückhalter angebrachte Achse seitwärts schwenkbar ist. Die Achse ist im wesentlichen parallel mit der Fugenrichtung und zusammen mit dem Kontaktmundstück und mit zumindest einem Teil des Mundstückhalters zur Gänze in die Fuge einführbar. Eine im Mundstückhalter zur genannten Achse senkrecht angebrachte Achse wirkt mit dem Kontaktmundstück mittels eines Gelenkes zusammen, um die von einem Pendelgerät erzeugte Schwenkbewegung in eine entsprechende Schwenkbewegung des Kontaktmundstückes um seine Achse zu überführen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schweißkopf für das Schweißen in schmalen Fugen mit einer nicht schwenkbaren, in die Fuge einführbaren Halterung, an deren zum Fugengrund weisenden Ende eine Schwenkachse gelagert ist, um die ein mit einer Kontaktführungsdüse für eine Schweißelektrode versehenes Teil von einem Betätigungsglied bezüglich der Fugenrichtung seitwärts schwenkbar ist.

Es ist bekannt, bei der Mehrlagenschweißung von schmalen und tiefen Fugen zwischen zwei Werkstücken eine Kontaktführungsdüse vorzusehen, die um eine außerhalb der Fuge angeordnete Achse derart schwenkbar ist, daß die Fuge mit zwei oder mehreren nebeneinander und sich überdeckenden Schweißraupen ausgefüllt wird.

Für das Schweißen von zwei im wesentlichen zylindrischen Werkstücken längs einer schmalen Fuge, die in einer zur Zylinderachse im wesentlichen senkrechten Ebene liegt, ist durch die DE-OS 29 48 333 ein länglicher Kontaktmundstückhaher bekanntgeworden, der in die Fuge in einer Richtung eingeführt ist, die nahezu senkrecht auf der Vorschubrichtung der Elektrode steht. Der Mundstückhalter ist um seine eigene Längsachse in einem außerhalb der Fuge angebrachten Lager drehbar

gelagert.

Diese bekannte Schweißeinrichtung läßt für den Schweißdraht zwischen den beiden Seiten der Fuge einen relativ großen Schwenkwinkel zu, der die Einstellung des Schweißdrahtes in Richtung auf die Fugenseiten wesentlich erleichtert. Eine genaue Einstellung des Schweißdrahies ist erforderlich, um unter anderem einen gleichmäßigen Einbrand zu gewährleisten, wodurch die Schweißqualität vorteilhaft beeinflußt wird. Wegen

ίο der bedeutenden Länge des Mundstückhalters läßt sich jedoch eine ausreichende Stabilität des Mundstückhalters nicht erreichen, weshalb die Führung des Schweißdrahtes in der Fuge nicht mit der gewünschten Genauigkeit erfolgen kann.

Durch die DD-PS 1 13 467 ist ein Schweißkopf für das Engspaltschweißen bekanntgeworden, bei dem das Schweißdrahtführungsrohr in der Fuge um eine innerhalb des Schweißnahtspaltes befindliche Achse schwenkbar ist. Die Schwenkbewegung wird insbesondere bei tiefen Fugen durch die Beweglichkeit des oberen Teils des Schweißdrahtführungsrohrs im Bereich der Fugenöffnung begrenzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schweißkopf der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem eine stabile Schwenkung der Kontaktführungsdüse zwischen den Fugseiten erreicht wird, wobei der Schwenkungswinkel der Kontaktführungsdüse von der Fugenbreite im Bereich der Fugenöffnung vollkommen unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Halterung und das Teil plattenförmig ausgeführt sind, daß der Abstand zwischen der Schwenkachse und dem vorderen, der Schweißstelle zugewandten Ende des Teils größer ist als der Abstand zwischen der Schwenkachse und dem hinteren Ende des Teils, und daß eine zur Plattenfläche parallele Antriebsachse vorhanden ist, die bei Drehung durch das Betätigungsglied das Teil vermittels eines Übertragungsgliedes verschwenkt.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Ein Beispiel eines Schweißkopfes gemäß der Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 ist eine Seitenansicht des Schweißkopfes.
F i g. 2 ist eine Vorderansicht und
F i g. 3 eine Draufsicht des Schweißkopfes in F i g. I.
Fig. 4 zeigt in größerem Maßstab ein Detail des Schweißkopfes gemäß F i g. 1, und

Fig.5 ist ein Längsschnitt durch ein Pendelgerät für den Schweißkopf.

Ein Schweißkopf 1 ist an einem hier nicht gezeigten Stativ unter Zwischenschaltung eines Kreuzschlittens verbunden, der sowohl eine Höhenverstellung des Schweißkopfes als auch eine Verstellung quer zur Fuge zuläßt. Außerdem ist noch zwischen Kreuzschlitten und einem Gehäuse 3 eine Schwenkeinrichtung vorgesehen, die eine Schwenkung des Schweißkopfes um eine Achse 2 zuläßt, die senkrecht zur Fugenquerschnitlsebene steht. Das Gehäuse 3 enthält eine Richteinrichtung für den Schweißdraht und trägt einen hier nicht gezeigten Behälter für das Schweißpulver. Ein Halter bzw. eine Halterung 5 für ein im folgenden auch Kontaktmundstück genanntes Teil 6 wird mittels einer Konsole 4 vom Gehäuse 3 getragen. Dieses trägt auch ein als Betätigungsglied 7 dienendes Pendelgerät für das Kontaktmundstück 6 und weiter ein am Haller 5 befestigtes

Rohr 9, das mit dem hier nicht gezeigten Schweißpulverbehälter in Verbindung steht und für die Zufuhr des Schweißpulvers zur Schweißstelle dient, u-.d ein Rohr 8 für das Absaugen des Schweißpulvers aus der Schweißfuge.

Der HalterS ist plattenförmig, um ihn in eine schmale Fuge (F i g. 2) einführen zu können. In der schmalen Fuge kann es leicht vorkommen, daß der Halter 5 und das Kontaktmundstück 6 während der Schweißarbeit mit den Fugenseiten in Berührung kommen. Der Halter 5 und das Kontaktmundstück 6 sind daher mit einem elektrisch isolierenden Belag versehen um einen Kurzschluß zwischen den spannungsführenden Teilen und dem Werkstück zu vermeiden. Der Belag besteht vorzugsweise aus mindestens einer Lage eines Glasfibergewebes, das mit einem anorganischen, keramischen Leim auf der Unterlage befestigt ist. Ein solcher Leim enthält vorteilhafterweise Silikate, die dem isolierenden Belag eine hohe Wärmebeständigkeit und Abriebfestigkeit verliehen.

Das Kentaktmundstück 6 ist um eine im Halter 5 angebrachte Achse 10 schwenkbar und wird von dieser getragen. Die Achse ist im Halter 5 gelagert und erstreckt sich im wesentlichen horizontal in der Ebene des Halters 5. Ein biegsamer, aus mehreren blattförmigen Leiterteilen zusammengesetzter Stromleiter 11 ist sowohl an dem Halter 5 als auch an das Kontaktmundstück 6 für den Stromtransport zwischen diesen beiden Teilen angeschlossen. Das Kontaktmundstück besitzt zwei mit Kontaktstücken 12a, 13a versehene Kontaktbacken 12, 13. Die Backe 12 wird von der Achse 10 getragen, während die Backe 13 bezüglich der Backe 12 mittels einer Achse 14, die senkrecht zur Ebene des Halters 5 angeordnet ist, schwenkbar angebracht ist.

Mit einem Paket von Tellerfedern werden die Konlaktbacken 12, 13 gegen einen zwischen ihnen vorgeschobenen Schweißdraht (nicht dargestellt) gepreßt. Die Tcllerfedem sind auf einem am Backen 12 angebrachten Stift montiert, und zwar zwischen einem Anschlag des Stiftes 16 und einer Fläche der Kontaktbacke 13. Die Kontaktbacken sind mit abnehmbaren Schleifschuhen 17 aus elektrisch isolierendem und wärmebeständigem Material versehen. Diese Schleifschuhe 17 ragen aus der Fläche des Kontaktmundstücks 6 heraus und dienen als Abstandhalter zwischen dem Kontaktmundstück und den Fugenseiten, insbesondere bei fehlerhafter Regelung der Einstellung des Schweißkopfes bezüglich der Fuge, und als Kollisionsschutz gegen unvorhergesehene Hindernisse, die während des Schweißens in der Fuge auftreten.

Für die Führung des Schweißdrahtes durch den Halter 5 und das Kontaktmundstück ist eine Hülse 19 vorgesehen, die den von der Drahtrichteinrichtung vorgeschobenen Draht aufnimmt. Die Hülse 19 ist auf dem Halter 5 montiert, der im Anschluß an die Hülse mit einem Elektrodenkanal 18 versehen ist, der sich im Kontaktmundstück 6 fortsetzt. Durch den Kanal 18 wird die Elektrode zu den beiden Kontaktstücken 12a, 13a vorgeschoben.

Parallel zum Elektrodenkanal 18 erstreckt sich eine weitere Bohrung 20 durch den Mundstückhalter 5. In dieser Bohrung 20 ist eine Antriebsachse verlegt, die an ihrem unteren, aus der Bohrung herausragenden Ende mit einem Geienk 22 mit dem Mundstück 6 verbunden ist. Das Gelenk 22 besteht aus einer an der Antriebsachse 21 befestigten Gelenkkugci und einer Gelenkpfanne am Mundstück 6. Das obere, aus dem Mundstückhalter herausraeende Ende der Antriebsachse 21 ist mit einer Gelenkkupplung 23, einer Federachse 24 und einer weiteren Gelenkkupplung 25 mit einer vom Betäiigungsglied oder Pendelgerät 7 ausgehenden Achse 26 verbunden. Am oberen F.ndc der Antriebsachse 22 ist auch eine NocLe 27 fest montiert, die mit zwei als Endlagerstcller dienenden Stellschrauben 28 zusammenwirkt. Die Federachse 24 besteht aus zwei Zapfen 24λ, 246, die durch Federstahldrähte 29, die bezüglich der Achse parallel und um das Achsenzentrum herum symmetrisch angebracht sind, verbunden sind. Das freie Ende des Zapfens 24a ist über die Gelenkkupplung 25 an das als Betätigungsglied dienende Pendelgerät 7 angeschlossen und das freie Ende des Zapfens 24b über die Gelenkkupplung 23 an die Antriebsachse 22.

Das Pendelgerät ist mit einem doppeltwirkenden Hydraulzylinder 30 mit Rohranschlüssen 3i für eine hier nicht gezeigte Ausrüstung zum Antrieb des Hydraulzylinders versehen. Die Kolbenstange 32 des Hydraulzylinders wirkt auf eine Dreheinrichtung ein, die aus einer Zahnstange 33 und einem in diese Zahnstange eingreifenden Zahnrad 34 besteht. Von der Zahnstange ist der vor dem Zahnrad 34 liegende Teil in der Zeichnung (Fig.5) weggebrochen. Das Zahnrad 34. das auf der vom Pendelgeräi 7 ausgehenden Achse 26 fest montiert ist, steht auch im Eingriff mit einer zweiten Zahnstange 35, die bezüglich der Zahnstange 33 diametral und parallel angebracht ist. Beim Verschieben der Kolbenstange 32 sind daher die Bewegungen der beiden Zahnstangen 33,35 gegensinnig. Die Bewegung der beiden Zahnstangen wird durch zwei Endanschläge 36, 37 begrenzt. Beim Zurückziehen der Kolbenstange 32 — in F i g. 5 nach rechts — bewegt sich die Zahnstange 35 gegensinnig nach links, bis diese Bewegung durch den Endanschlag 37 gestoppt wird. Beim Vorschieben der Kolbenstange bewegt sich die mit der Kolbenstange 32 verbundene Zahnstange 33 nach links bis sie auf den Endanschlag 36 trifft. Die Zahnstangenbewegung wird mittels des Zahnrades 34 auf die Achse 26 übertragen. Die Weglänge der Zahnstangenbewegung entspricht einem bestimmten Schwenkwinkel der Achse 26, dessen Größe sich durch Umstellung der als Schrauben ausgebildeten Endanschläge 36, 37 einstellen läßt. Für die Angabe des Verdrehungswinkels der Achse 26 ist auf der Oberseite des Pendelgerätes eine Skala aufgetragen und ein Skalenzeiger 38 ist am oberen Ende der Achse 26 fest angebracht.

Beim Einführen des Schweißkopfes in eine schmale Fuge, worunter hier eine Fuge verstanden wird, die vor dem Schweißen mindestens 50 mm tief und höchstens 25 mm breit ist, wird das schwenkbare Kontaktmundstück und dazu zumindest auch der Teil des Halters 5, der die aus zwei Zapfen gebildete Achse 10 trägt, zur Gänze in die Schweißfuge eingeführt. Die Lage des Schweißkopfes bezüglich dem Fugengrund und den Fugenseiten wird mit einer Rolle 39 abgetastet. Die Rolle 39 ist an einer federbelasteten Stange 40 angebracht, die ihrerseits an einem hier nicht gezeigten elektrischen Geber angeschlossen ist. Um die Seitenlage des Schweißkopfes zu bestimmen, wird hier ein Flügel 42 verwendet, der an einer weiteren senkrechten Stange 41 befestigt ist, die ebenfalls mit einem Geber verbunden ist.

Uiii das Kontaktmundstück 6 von der einen auf die andere Seite der schmalen Fuge umzustellen, wird der Hydraulzylinder 30 aktiviert, wodurch die Kolbenstange 32 und die Zahnstangen 33,35 um eine von einem der Endanschläge 36, 37 bestimmte Strecke verschoben werden, wobei das Zahnrad 34 und damit die vom Pen-

delgerät 7 ausgehende Achse verdreht werden. Diese Drehbewegung der Achse 26 wird durch die als Federachse ausgebildete Welle 24 auf die Antriebachse 21 übertragen, deren Drehbewegung durch das Gelenk 22 in eine Schwenkbewegung des Kontaktmundstückes 6 umgewandelt wird. Die tatsächliche Größe der Schwenkbewegung des Kontaktmundstückes hängt von der Einstellung der Stellschrauben 28 bezüglich des auf der Antriebsachse 21 befestigten Nockens 27 ab, wobei die Federachse 24den Unterschied zwischen einem grö-Qeren Drehwinkel der Achse 26 gegenüber dem durch die Stellschrauben 28 bestimmten Drehwinkel der Antriebsachse 21 und damit dem Schwenkungswinkel des Kontaktmundstückes ausgleicht.

Die Pendelbewegung des Kontaktmundstückes kann is auch unter Ausschluß der beiden Stellschrauben 28 erfolgen, indem man das Kontaktmundstück mit dem Pendelgerät so stark schwenkt, daß der entsprechende Schleifschuh 17 an der Fugenseite gleitend anliegt. Dazu werden die Endanschiäge 36, 37 so eingestellt, daß der Schwenkwinkel der Achse 26 größer als der durch die Fugenbreite bestimmte Schwenkwinkel der Achse 21 ist und das Kontaktmundstück 6 durch Federkraftwirkung der torsionsbelasteten Federachse 24 mit seinem Schleifschuh 17 an die entsprechende Fugenseite gepreßt wird.

Mit einem Schweißkopf gemäß der Erfindung wird eine stabile und genaue Führung des Kontaktmundstükkes erreicht, was die Qualität der Schweißverbindung in sehr vorteilhafter Weise beeinflußt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

35

40

55

60

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schweißkopf für das Schweißen in schmalen Fugen mit einer nicht schwenkbaren, in die Fuge einführbaren Halterung, an deren zum Fugengrund weisenden Ende eine Schwenkachse gelagert ist, um die ein mit einer Kontaktführungsdüse für eine Schweißelektrode versehenes Teil von einem Betätigungsglied bezüglich der Fugenrichtung seitwärts schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (5) und das Teil (6) plattenförmig ausgeführt sind, daß der Abstand zwischen der Schwenkachse (10) und dem vorderen, der Schweißstelle zugewandten Ende des Teils (6) größer ist als der Abstand zwischen der Schwenkachse (10) und dem hinteren Ende des Teils (6), und daß eine zur Plaitenfläche parallele Antriebsachse (21) vorhanden ist, die bei Drehung durch das Betätigungsglied (7) das Teil (6) vermittels eines Obertragungsgliedes (22) verschwenkt.

2. Schweißkopf nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied ein Gelenk (22) ist, das aus Gelenkpfanne und Gelenkkugel besteht.

3. Schweißkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Extremlagen der Drehbewegung der Antriebsachse (21) mit Hilfe von Endlagestellern (28) einstellbar sind, wobei zwischen der Antriebsachse (21) und dem mit einem Antrieb (33, 34) ausgestatteten Betätigungsglied (7) eine federnde Welle (24) angeordnet ist.

4. Schweißkopf nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Welle (24) zwei Zapfen (24a, 24b) aufweist, die durch Federstahldrähte (29) verbunden sind, die bezüglich der Seelenachse parallel und symmetrisch angebracht sind, wobei die Enden der Zapfen (24a, 24b) an die Antriebsachse (21) bzw. an das Betätigungsglied (7) angeschlossen sind.