DE3313230C2

DE3313230C2 - Verfahren zum automatischen Anschweißen von Stutzen an Elemente mit gekrümmten Außenflächen

Info

Publication number: DE3313230C2
Application number: DE19833313230
Authority: DE
Inventors: Helmut 5902 Netphen Honig
Original assignee: Deuzer Maschinenfabrik GmbH, 5902 Netphen
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1987-03-05
Also published as: DE3313230A1

Abstract

Verfahren zum automatischen oder manuellen Anschweißen von Stutzen an Elemente mit gekrümmten Außenflächen, wobei der Verlauf der Durchdringungslinie Stutzen - Element aufgrund der die Körperform bestimmenden Grunddaten in einem Computer errechnet und gleichzeitig gespeichert wird und die Schweißung entlang der Durchdringungslinie entsprechend der im Computer errechneten Durchdringungslinie erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Anschweißen von Stutzen an Elemente mit gekrümmten Außenflächen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der JP- OS 55 75 883 bekannt, nach welchem nach Eingabe von den erforderlichen Grunddaten - Durchmesser des Rohres, Durchmesser des Stutzens, Neigungswinkels der Schweißpistole und Schweißgeschwindigkeit - die Weg-Zeit-Gesetze für die Steuerung der Schweißpistole errechnet werden. Es ist hierbei nur das Einschweißen von senkrechten, mittig liegenden Stutzen vorgesehen; beim Mehrlagenschweißen müssen die Steuergrößen für jede neue Lage erneut berechnet werden, wobei die angenommenen Durchmesser jeweils korrigiert werden. Aufgrund der komplizierten Algorithmen können die Rechenoperationen je nach Art des Rechners längere Zeit in Anspruch nehmen; bei der Eingabe der veränderten Durchmesserwerte besteht die Gefahr von Eingabefehlern.
Aus dem JP-Patentabstract 57 17 383 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der Rohrstutzen mit Ringflanschen verbunden werden können. Hierbei ist die Schweißvorrichtung fest einstellbar, während das Rohr mit dem Flansch auf einer geneigten Drehscheibe umläuft. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln bei einer in einer Ebene liegenden kreisförmigen Schweißbahn eine Wannenlage während des Schweißvorganges eingehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu entwickeln, mit dem automatisch Stutzen an Elemente mit gekrümmten Außenflächen in jeder beliebigen Stellung angeschweißt werden können, wobei unter Berücksichtigung von möglichen Fehlern der Stutzenform und bei Ausführung von mehreren Schweißlagen die Steuergrößen in günstiger Weise errechnet und verarbeitet werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) daß die Steuergrößen vom Computer einmalig errechnet und gespeichert werden;
b) daß die Steuergröße für die U-Achse als Ergebnis einer Abtastung des Stutzens im Bereich der Durchdringungskurve korrigiert wird, und
c) daß den einmalig errechneten Steuergrößen zur Erzeugung verschiedener Schweißlagen zwei Korrekturgrößen überlagert werden, die einen Speicher entnommen oder manuell eingegeben werden können.

In Anwendung dieses Verfahrens auf das Anbringen von Stutzen an Rohre sieht die Erfindung vor, daß der Verlauf der Durchdringungslinie Stutzen - Rohr (Schweißbahn) nach Eingabe folgender Daten in einen Computer errechnet und in diesem Computer gespeichert wird

D _a = Durchmesser Rohr
d _a = Durchmesser Stutzen
v = Schweißgeschwindigkeit
α = Neigungswinkel Stutzen
f = Stutzenversatz
N _p = Neigung Schweißpistole

N

_p

Zur Durchführung des Verfahrens sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, die gekennzeichnet ist durch

a) einen mit seiner Bewegungsebene senkrecht auf der Z-Achse stehenden und rechtwinkligen Kreuzsupport (5), der die Halterung für die horizontal und vertikal in diesem verschiebbare Schweißpistole (4) trägt, und
b) einen mit dem Halter (6) verbundenen Sensor (14) zur Abtastung des Stutzendurchmessers.

Die Schweißpistole ist an einem Kreuzsupport angebracht und in diesem horizontal und vertikal verschiebbar, um die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens auch bei Mehrlagenschweißen vorteilhaft einsetzen zu können. Der weiterhin am Kreuzsupport angebrachte Sensor dient dazu, die Oberfläche des Stutzens zur Berücksichtigung von Ungenauigkeiten abzutasten, um den Abtand der Schweißpistole von der Stutzenachse verbessert zu steuern.
Um den Schweißpunkt ständig in Wannenlage zu halten, werden für die einzelnen Teile der Vorrichtung, wie Träger, Schweißpistolenhalterung, Schwenkbewegung der Schweißpistole sowie für die Drehbewegung des mit dem Stutzen zu versehenden Elementes Gleichstrommotoren eingesetzt. Diese ermöglichen es, durch Abstimmung der verschiedenen Dreh-, Schwenk-, Horizontal- und Vertikalbewegungen exakt die Wannenlage einzuhalten.
Die Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zu seiner Durchführung erreicht werden, bestehen darin, daß jede beliebige Durchdringungslinie eines Stutzens mit einem Element mit gekrümmten Außenflächen nach vorheriger Errechnung unter Zugrundelegung der die Körperform bestimmenden Grunddaten exakt geschweißt werden kann. Dabei ist von Vorteil, daß keine vorherige Programmierung erforderlich ist, sondern die oben beschriebenen Grunddaten nach Eingabe in den Computer für einen reibungslosen Ablauf des Schweißvorganges ausreichen. Die Mittel zur Steuerung der Schweißpistole, insbesondere ihre optimale Fixierung im Schweißpunkt, stellen eine einwandfreie Schweißnaht auch bei Mehrlagenschweißen sicher. Aufgrund der besonderen Anordnung des Kreuzsupports, an dem die Schweißpistole befestigt ist, ist ein einmaliges Versetzen der Pistole ausreichend, um die exakte Bahn der neuen Schweißlage automatisch abfahren zu können, ohne die im Computer gespeicherte Durchdringungslinie zu ändern.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren, insbesondere der Fig. 1, ist die Erfindung nachfolgend in ihrem verfahrenstechnischen Ablauf sowie in ihrem vorrichtungsmäßigen Aufbau beschrieben.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, soll auf ein Rohr 1 ein Stutzen 2 angebracht werden. Die Anordnung des Stutzens 2 am Rohr 1 soll derart sein, daß kein Versatz gegeben ist. Ferner ist der Stutzenneigungswinkel α 90°.
Nachdem der Stutzen 2 am Rohr 1 geheftet und damit seine Ortslage fixiert ist, werden die die Körperform bestimmenden Grunddaten und Schweißdaten, wie

2

1

3

4

5

6

7

8

X, W, Z

U

Y

9, 10, 11

12

13

5

14

2

U

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur in dem vorhergehend beschriebenen einfachen Ausführungsbeispiel Anwendung finden, sondern es können auch Systeme von Stutzen und Körpern mit gekrümmten Außenflächen miteinander verbunden werden, wie sie in den Fig. 1a bis 6 dargestellt sind.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Anschweißen von Stutzen an Elemente mit gekrümmten Außenflächen, insbesondere an Rohre mit Kreisquerschnitt, bei dem unter Vorgabe der Grundmaße von Element und Stutzen und unter Vorgabe eines Sollwerts für den Winkel zwischen Elementoberfläche und Schweißpistolenachse sowie unter Vorgabe der Schweißgeschwindigkeit Steuerdaten in Abhängigkeit des Drehwinkels X der Schweißpistole um die Längsachse des Stutzens (X-Achse) für die lineare Verschiebung der Schweißpistole sowohl entlang einer zur X-Achse senkrechten und versetzten Achse (U-Achse) als auch entlang einer zur X-Achse parallelen Achse (Y-Achse) gemäß dem Verlauf der Durchdringungslinie (Y-Y(x)) und für die Drehung der Schweißpistole um eine senkrecht und versetzt zur X-Achse angeordneten Achse (Z-Achse) in einem Computer errechnet werden, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Steuergrößen von Computer einmalig errechnet und gespeichert werden;

b) daß die Steuergröße für die U-Achse als Ergebnis einer Abtastung des Stutzens im Bereich der Durchdringungskurve korrigiert wird, und

c) daß den einmalig errechneten Steuergrößen zur Erzeugung verschiedener Schweißlagen zwei Korrekturgrößen überlagert werden, die einen Speicher entnommen oder manuell eingegeben werden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß eine weitere Steuergröße in Abhängigkeit des Drehwinkels X der Schweißpistole um die Längsachse des Stutzens (X-Achse) einmalig errechnet und gespeichert wird, nämlich

eine Verdrehung des Elements mit gekrümmter Oberfläche zusammen mit dem angehefteten Stutzen um einen Drehwinkel W, um eine horizontale Längsachse des Elements (W-Achse) in der Weise, daß an der Schweißpistole dauernd eine Wannenlage zwischen dem Element und dem Stutzen erzeugt wird (W = W (X)).

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, zum Verbinden von runden Stutzen mit Rohren mit Kreisquerschnitt, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Berechnung der Steuergrößen die folgenden Werte vorgegeben werden:

D _a = Rohrdurchmesser
d _a = Stutzendurchmesser
v = Schweißgeschwindigkeit
α = Stutzenneigungswinkel
f = Stutzenversatz
N _p = Schweißpistolenneigung.

4. Vorrichtung zum automatischen mikroprozessorgesteuerten Anschweißen von Stutzen (2) an Elemente mit gekrümmten Außenflächen, insbesondere an Rohre (1) mit Kreisquerschnitt, gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

mit einem mit koaxialer Drehachse (X-Achse) in den Stutzen eingesetzten Ständer (8),

mit einem senkrecht zur Ständerachse entlang einer ersten Achse (U-Achse) verschiebbaren Träger (7) zur radialen Verschiebung der Schweißpistole (4),

mit einem parallel zur Ständerachse und senkrecht zur Trägerachse entlang einer zweiten Achse (Y-Achse) verschiebbaren Halter (6) zur axialen Verschiebung der Schweißpistole (4), sowie

mit einer um eine senkrecht zur Stutzenachse und versetzt zu dieser liegenden Drehachse (Z-Achse) verdrehbaren Halterung für die Schweißpistole (2),

a) einen mit seiner Bewegungsebene senkrecht auf der Z-Achse stehenden und rechtwinkligen Kreuzsupport (5), der die Halterung für die horizontale und vertikal in diesem verschiebbare Schweißpistole (4) trägt, und

b) einen mit dem Halter (6) verbundenen Sensor (14) zur Abtastung des Stutzendurchmessers.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Verdrehvorrichtung mit horizontaler Achse (W-Achse) zur Einspannung und zum Antrieb der Elemente mit gekrümmter Außenfläche.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Verstellvorrichtung für manuelle Bedienung für die Verstellung der Schweißpistolenhalterung entlang der Achsen des Kreuzsupports.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Verstellvorrichtung für manuelle Bedienung für die Verdrehung der Schweißpistole um die Ständerachse.