DE3333151A1 - Schweiss- oder thermische trennvorrichtung mit geraeuschabhaengiger prozessregelung - Google Patents

Schweiss- oder thermische trennvorrichtung mit geraeuschabhaengiger prozessregelung

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DE3333151A1
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Ortwin Prof. Dr.-Ing. Hahn
Wilfried Dipl.-Ing. 4790 Paderborn Rostek
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    • 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
    • B23K9/095Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical

Description

  • Schweiß- oder thermische Trennvorrichtung
  • mit geräuschabhängiger Prozeßregelung Die Erfindung betrifft eine Schweiß- oder Trennvorrichtung Init einem Schallaufnehmer zur Aufnahme des Geräusches und einer Steuervorrichtung, in der aus dem gewonnenen Geräuschsignal charakteristische Größen gebildet werden, die untereinander und/ oder mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden, wobei, abhängig von den Vergleichen, Qualitäts- oder Alarmsignale ausgegeben werden und/oder Sollwerte von Prozeßparametern erzeugt werden, und diese für die nächsten Schweißvorgänge der Prozeßstellvorrichtung zugeführt werden.
  • Es ist bekannt, im Zusammenhang mit Bolzenschweißungen, das Schweiß geräusch jeweils eines Schweißvorganges in verschiedenen Frequenzbereichen zu integrieren und die gewonnenen Werte telativ und absolut zu prüfen und aufgrund der Vergleiche ein Alarmsignal anzugeben oder die Schweißenergiezufuhr bei einem folgenden Schweißvorgang zu verändern.
  • Bei diesem bekannten Prozeß des Bolzenschweißens wird das Schweißgeräusch entscheidend durch die Oberflächen der zu verbindenden Teile (Bolzen und Blech) bestimmt. Der Ablauf des Prozesses selbst, der durch den zeitlichen Druck- und Stromverlauf in der Schweißstelle bestimmt ist, hat nur geringeren Einfluß auf die Art und Intensität des Geräusches. Eine unmittelbare Regelung des Prozeßablaufes ist, wegen des sprunghaften diskontinuierlichen Verlaufs des Bolzenschweißvorganges sowie wegen der im allgemeinen kurzen Prozeßzeit, kaum möglich.
  • Es ist weiterhin bekannt, kontinuierliche oder quasikontinuierliche Schweißprozesse durch Auswertung des mit einem Lichtsensor gegewonnenen Strahlungssignales der Schweiß- oder Trennstelle oder ggf. des elektrischen Meßsignales der Schweißspannung oder des Schweißstromes zu regeln. Nachteilig ist bei diesen Verfahren, daß einerseits die Lichtsensoren relativ schnell durch Schweißdämpfe, die Metalldämpfe und -oxide enthalten, verdunkelt werden und die elektrischen Signale, soweit sie vorhanden sind, über die Prozesse im Schweißbad und die Geometrie der Schweißnaht, z. B. Grat- und Schlackebildung, wenig oder keine Informationen liefern.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb zu offenbaren, mit denen kontinuierliche und quasikontinuierliche Schweiß- oder Schneidprozesse fortlaufend geregelt werden können, wobei eine Beeinträchtigung durch Schweißdämpfe nicht auftritt.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß während eines Schweiß-oder Schneidvorganges fortlaufend periodisch, vorzugsweise synchronisiert, zu insbesondere periodischen Änderungen der Pwzeßsignale aus dem Geräuschsignal die charakteristischen Größen, ggf. abhängig von den periodischen Änderungen, jeweils gebildet werden, und dementsprechende Vergleiche durchgeführt und dementsprechende Qualitäts- oder Alarrn- und/oder Sollwerte erzeugt und Stellgliedern bzw. ggf. über Prozeßregler den Prozeßstelleinrichtungen laufend zugeführt werden.
  • Die Geräusche setzen sich, abhängig vom Schweiß- oder Schneidverfahren, jeweils aus einer Anzahl von Komponenten zusammen, die durch die Geometrie der Schweißnaht oder Trennfuge, der Schweißzone, der Schweißflamme oder des Lichtbogens und die dynamischen Prozesse in den Gasen und ggf. Hilfsstoffen und dem Schweißbad sowie die physikalische und chemische Interaktion zwischen diesen, bestimmt sind.
  • Vorteilhaft werden die gewonnenen Geräuschsignale spektral analysiert, und die einzelnen Spektren einer Merkrnalsanalyse unterzogen, wodurch Merkmalssätze als verdichtete Informationen aus den Spektren entstehen.
  • Durch Vergleich von Merkmalssätzen, die unter variierten Bedingungen ermittelt werden, werden jeweils die sensitiven und invarianten Merkmale bestimmt und ein Maß für deren Abhängigkeit sowie Grenzwerte für deren Größe, bestimmt.
  • Die Signale der sensitiven Merkmale lassen sich somit jeweils zusammenfassen und zur Regelung der abhängigen Prozeßgröße verwenden. Vorteilhaft wird die Erkenntnis genutzt, daß die wichtigsten sensitiven Geräuschkomponenten im allgemeinen im oberen Schall- und Ultraschallbereich liegen, in dem zu deren Erfassung sehr kleine Aufnehmer und Schalleitungen enger Querschnitte verwendet werden. Eine Ortung der Schallquellen ist wegen der kurzen Wellenlänge der hohen Frequenzen in der Schweißstelle möglich.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung ist es, mehrere Schallaufnehmer um die Schweißstelle zu positionieren und deren Signale oder vorzugsweise deren Spektren oder Merkmalssätze zu überlagern oder zu differenzieren, so daß spezifische Informationen gewonnen werden wie z. 13. seitliche Lage der Flamme zur Fuge, Neigung der Flamme zur Schweißnaht, Gratbildung an der Schweißnaht, Riefenbildung im Schweißspalt. Die Überlagerung oder Korrelation der Spektren oder der Merkinalssätze hat gegenüber einer Überlagerung der Signale den Vorteil, daß sich die unterschiedliche Laufzeit von Schallereignissen auf dem Weg zu den verschiedenen Schallaufnehmern nicht auswirkt, jedoch die Dämpfungsverhältnisse gemäß der unterschiedlichen Entfernung und Abschirmung durch den Schweiß- oder Trennkopf zur Wirkung kommen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist die Anordnung eines oder eines weiteren Schallaufnehrners in oder mit Verbindung zum Inneren der Schweißpistole oder des Schneidrohres. Die Auswertung des davon gewonnenen Signals, ggf. in Korrelation zu den Signalen der äußeren Schallaufnehmer, gestattet weiterhin die Erhöhung der Selektivität und Sensivität der Merkmale, da die Schallereignisse der Lage der Schallquellen und damit der dort spezifischen Prozesse und Geometrie noch genauer zugeordnet werden können und weiterhin Schallereignisse, die durch die Gasströmung und insbesondere durch den Gasaustritt entstehen, bestimmt werden können.
  • Um Fehlauswertungen zu vermeiden und unter Umständen die Aussagekraft der Auswertung der Signale zu steigern, wird diese vorteilhaft abhängig von dem Prozeßverlauf vorgenommen. So wird z. B., abhängig vom Positionssignal einer Positioniereinrichtung einer auto -matischen Schweiß- oder Schneideanlage der Anlauf oder Auslauf unterschiedlich ausgewertet. Weiterhin sind die Anstellung oder vorgesehene Pendelbewegungen des Trenn- oder Schweißkopfes gemäß den Positionssignalen zu berücksichtigen. Die korrespondierend auftretenden Schallsignale, z. B. jeweils in der Mittelstellung der Pendelbewegung, dienen dann der Überprüfung der Symmetrie, und ebenso kann ein spiegelbildlicher Vergleich der Signale, die in den seitlichen Extremstellungen auftreten, zur Prüfung der Symmetrie dienen.
  • Weiterhin ermöglicht die getrennte Auswertung der Schallereignisse, z. B. korreliert zu dem Strom- oder Spannungsverlauf bei einer Elektroschweißanlage, die getrennte Charakterisierung der Prozesse im Lichtbogen und in der Schmelze, da bei hohem Strom der Lichtbogen, bedingt durch die Reaktionsabläufe im Lichtbogen, und bei geringem Strom die Schmelze mit ihrer Schwingung, Blasenbildung und eventuell chemischen Aktivität verstärkt hervortritt. Diese Prozeßaktivitäten sind weitgehend getrermt z. B. durch die Energiezufuhr und Elektrodenzufuhr und andererseics den Vorschub und die Gaszufuhr, ursächlich bestimmt.
  • Ein weiteres Problem der Schweißtechnik ist es, daß Aussagen über die Qualität einer Schweißverbindung nur nachträglich durch indirekte Methoden, wie Ultraschallanalysen, und indirekt durch Überwachung der Prozeßparameter, gewonnen werden können. Fehler in der Schweißnaht. z. B. als Folge von Einschlüssen im Werkstück, fghlerhafter Prozeßführung, z. B. durch Fehlsteuerung der Schweißpistolenlage im Verhältnis zur für die Schweißnaht vorbeieiteten Fuge, da übelicherweise mangels einer echten Rückmeldung keine Regelung der SchweißpistoLenlage vorhanden ist, oder die Wahl ungeeigneter Prozeßparameter, ist nicht auszuschließen. Die fortlaufende Geräuschüber -wachung und -auswertung und der ständige Vergleich der Geräusche mit dem bei qualitativ guten Schweißungen entsprechender Art gewonnenen gemittelten Merkmalssatz und der fortlaufende Vergleich aufeinanderfolgender eventuell gemittelter Merkmalssätze während eines Schweißvorganges auf Abweichungen über bestimmte Toleranzgrenzen oder schnelle Änderungen bietet die Möglichkeit unmittelbar Störungen beim Fertigen zu erkennen und durch eine Prozeßanpassung ihnen entgegenzuwirken, so daß entweder ein einwandfreies Produkt entsteht oder ein Abbruch des Vorganges erfolgt und so ein späteres offenen der Schweißnaht zur Beseitigung von Störstellen vermieden wird. Die fortlaufende Registrierung der Merkmalssätze oder der Verläufe der Merkmale oder eine Ausgabe von größeren relativen Änderungen der Merkmale ergibt urlmittelbar ein aussagekräftiges Qualitätszeugnis.
  • In den Ausführungsbeispielen ist gezeigt, daß das Verfahren der geräuschabhängigen Prozeßsteueruni für verschiedene Schweißprozesse, jeweils an die entsprechend notwendigen Vorrichtungen angepaßt, eingesetzt werden kann. Dies# :beispiele können jeweils auch miteinander kombiniert oder auf andere Arten des Schweißens oder Schneidens übertragen werden. Es ist eine Verwendung mit Schweißautomaten und mit Mandschwlriggeräten möglich.
  • Die Anordnung des Schallaufnehmers in der Nähe der Schweißstelle ist vorteilhaft" er kann aber auch, im allgemeinen allerdings mit geringerer auflösung der Merkmale und stärkerer Störung durch Nebengßräusche und Echos, im Abstand von z. B. einem Meter von der Schweißstelle positioniert werden. Auch kann in einzelnen Fällen die' Anordnung weiterer Schallaufnehmer, z. B. beim Brennschneiden hunter dem Werkstück, vorgesehen werden, deren Meßsignale wiederum mit den anderen korreliert werden und den Gegebenheiten gemäß jeweils bewertet werden. Die Verwendung von Schallaufnehmern mit enger Richtcharakteristik empfiehlt sich insbesondere bei der Anordnung in größerem Abstand.
  • Die Signalauswertevorrichtung zur Merkmalsextraktion kann universell und von der Art der Schweißanlage unabhängig aufgebaut werden. Die dargestellte Ausführung kann allerdings durch unterschiedliche Komponenten und unterschiedliche Verwirklichung in Hard-und Softwarekomponenten aufgebaut sein. Spezifisch für den einzelnen Prozeß und die zugehörige Schweißvorrichtung werden auf Grund der jeweiligen Analyse in Probeläufen die Mittelwerte oder Normwerte der Merkmale und die Zuordnung der Merkmale zu den Prozeßparametern ermittelt und daraus unter Umständen die Sollwerthestimlnung für die Regelung der Prozeßparameter vorgenommen. Die Gewinnung der Mittel- und Norm werte, sowie die Darstellung der Merkmalssensitivität wird automatisch durchgeführt, wenn die Steuervorrichtung in den entsprechenden Betriebszustand gebracht wird, indem bei geöffneten Regelkreisen die Betriebsparameter, ausgehend von vorbekannten optimalen Ausgangsbedingungen, systematisch variiert werden. Weiterhin können Grenzwerte durch die Geräuschmessung bei Einbringung von Störquellen und Fehlern, wie Schlackenansammlungen, SeigerungenGrat, Blasen usw. ermittelt und eingespeichert werden. Die Adaption der universellen Steuervorrichtung an den einzelnen Prozeß ist somit auch dem Nichtfachmann oder, soweit alle Parameter automatisch steuerbar sind, vollautomatisch möglich. Nur die Normeinstellung muß vorgegeben werden.
  • Für Spezialschweißanlagen, die zur Ausführung von Schweißungen unter vorbekannten Bedingungen dienen, können die Merkmalsanalysatoren entsprechend speziell und eventuell vereinfacht aufgebaut werden. Insbesondere wenn nur wenige oder ein Parameter, z. B.
  • die Seitenlage der Schweißpistole zur Fuge oder die Stromstärke, regelbar ist oder geregelt werden soll, genügt es, das entsprechende Merkmal zu bilden und auszuwerten. Hierzu werden zweckmäßig einzelne Bandfilter, z. B. digitale Filter, eingesetzt. Auch lassen sich die Aufnehmeranordnungen in diesem Fall einfacher gestalten, da sie im allgemeinen nicht universell breitbandig gestaltet werden müssen, sondern schmalbandig und damit als Filter wirkend aufgebaut sein können. Dies vereinfacht folglich auch die Korrelationsbildung, die z. B. durch Subtraktion oder Verhältnisbildung der Schalldruckint eg rale in den ausgewerteten Frequenzbereichen mit einfachen elektronischen Schaltungen erfolgt, deren Ausgangssignal direkt dem Steuersignal als Regelsignal hinzugefügt wird.
  • Im folgenden werden, in Verbindung mit den Zeichnungen, Ausführungsbeispiele und die zugehörigen Signalauswerteverfahren beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine universelle Steuervorrichtung mit Lichtbogen -Schweißvorricht ung und Versorgungsvorrichtung; Fig. 2 zeigt eine Abbrennstumpfschweißvorrichtung mit Schallaufnehmern; Fig. 3 zeigt einen Gleichdruckbrenner mit Schallaufnehmern; Fig. 4 zeigt einen Plasmaschweißkopf mit Schallaufnehmern; Fig. 5 zeigt einen Schneidbrenner mit Schallaufnehmern; Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Schweißtropfenzahl von der Schweißst romstärke; Fig. 7 zeigt Strom- und Spannungsverlauf eines Lichtbogenzyklus und Schallauswertezeiträume; Fig. 8 zeigt Stromverlauf beim Impulsschweißen und Schallauswertezeiträume; Fig. 9 zeigt Schallspektren beim Brennschneiden; bis 11 Fig. 12 zeigt Auswerteschaltungen; bis 13 Fig. 14 zeigt Elekt roschlackeschweißvo r richtung; Fig. 15 zeigt Unterpulverschweißvorrichtung.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Versorgungsvorrichtung 1, die durch die Kontrolisignalleitungen Ski mit einer Steuervorrichtung 2 verbunden ist und die mit dieser zusammen Teil einer Schweiß- oder Trennvorrichtung verschiedenster Art ist, wobei eine Lichtbogen-Metall-lnertgasschweißvorrichtung 3 mit automatischer Positionierung Mx,My,Ma mit ihren verfahrensmäßig wesentlichen Elementen und Wirkzusammenhängen gezeigt ist.
  • Die Versorgungsvolrichtung 1 enthält z. B. Schweißpulver, Sauerstoff O2 - Aktivgas CO2, Schutzgas Ar, - Heizgas C2H2, Kühlwasser KW - und Stromquellen Ul für die verschiedenen Verwendungen. Die Gase können einzeln durch steuerbare Reduzierventile R und steuerbare Ventile V von der Steuervorrichtung 2 über die Signale auf den Steuerleitungen SR, SV kontrolliert geliefert werden, wobei der jeweilige Druck durch Druckmelder P der Steuervorrichtung über die Signalleitungen SP gemeldet wird. Weiterhin wird über ein Ventil gesteuert Kühlwasser KW, z. B. an Lichtbogenbrenner oder Stromzuführungen geliefert.
  • Für Elektroschlaclce-, Unterpulver-, Lichtbogen-, Plasma- oder Abbrennschweißen ist eine steuerbare Spannungs- oder Stromquelle vorgesehen, die auch eine im Zeitverhalten steuerbare Impulsstromquelle sein kann. Strom und Spannung werden durch den Spannungs- bzw.
  • Stromabgriff U,l über die Signalleitungen SU, SI der Steuervorrichtung zugeführt.
  • Die Steuervorrichtung 2 ist weiterhin in bekannter Weise über die Posit ionssignalleitungen SPos mit einer Positioniervorrichtung der SchweiSpistole 3 verbunden, deren Stellmotore und Positionsmelder Mx,My,Ma für die Koordinaten - x,y und Anstellungsverstellung symbolisch dargestellt sind. Weiterhin ist der Vorschubantrieb MZ des Schweißzusatzes Z bzw. der Schweißelektrode über die Signalleitung SZ steuerbar.
  • Die Schweißelektrode Z ist in Schweißstellung in Richtung längs und quer zur Schweißnaht 5,52, die in eine Nut in das Werkstück 4 eingebracht wird, dargestellt.
  • Die Stromversorgung UI ist an die Elektrode Z und das Werkstück 4 angeschlossen, zwischen denen der Lichtbogen 80 brennt, der von einem Schutzgasmantel 83 umgeben ist, der durch ein sich konisch verjüngendes Rohr der Schweißstelle zugeführt wird.
  • Die Pistole 3 ist von einem Haltering 62 umgeben, der die Schallaufnehmer M1 bis M4 trägt, die längs und quer zur Schweißnaht angeordnet sind und über rohrförmige Schalleiter 61 mit auf die Schweißstelle gerichteten Öffnungen den Schall richtungsorientiert aufnehmen. Die Schallaufnehmer M1 und M3 sind an den Seiten angeordnet, wodurch von ihnen vorzugsweise die Signale für die Regelung der seitlichen Lage der Elektrode Z zur Nut bzw. deren Seitenflächen 42a,b gewonnen werden können, wie weiter unten erläutert wird.
  • Auf der Seite der Nut befindet sich weiterhin der Schallaufnehmer M2 und über der fertigen Schweißnaht 52 der Schallaufnehmer M4 (nicht dargestellt); somit nimmt ersterer bevorzugt Geräusche auf, die durch die Geometrie der Nut und die Interaktion des Gasstromes und des Lichtbogens mit dieser bestimmt sind, und letzterer nimmt bevorzugt Geräusche aus der Schmelze 53 auf, in der, angeregt durch die flogenenergie eine Wellenbildung und eventuell durch leicht flüchtige Bestandteile blasenbildung auftritt. Weiterhin erzeugt der Gasstrom an eventuell vorhandenem Grat ein Geräusch.
  • Ist die Schweißstelle nicht vollständig durch Schutzgas abgedeckt oder wird ein Aktivgas oder Schweißpulver zugeführt, so treten außerdem charakteristische Reaktionsgeräusche auf. Mit den Signalen der Schallaufnehmer M2,M4 kann somit eine Regelung des Anstellwinkels, des Gasstromes bzw. der Gasströme und des Abstandes der Pistole 3 in vorgegebenen Grenzen vorgenommen werden, so daß unzulässige Reaktionen durch unvollständige Abdeckung des Schweißbades mit Schutzgas vermieden werden, wobei andererseits aber der Gasstrom so schwach wie möglich gehalten wird, um den Gasverbrauch gering zu halten. Die Grenzen für die Verstellung des Anstellwinkels und des Abstandes werden einerseits aus der Beurteilung guter Schweißnähte entsprechender Breite durch den Fachmann vorgegeben, wobei andererseits berücksichtigt wird, daß die Gasaustrittsöffnung möglichst nicht oder selten mit Schweißperlen o. ä. verschmutzt.
  • Um letzteren Fall zu erkennen, ist im Rohr, d.h. im Strom des Schutzgases Ar, ein weiterer Schallaufnehmer M5 positioniert, der sowohl das Geräusch von der Schweißstelle selbst, als auch von der Interaktion des Gases an der Rohrmündung und somit auch an verschmutzenden Ansätzen aufnimmt. Die Verschmutzungsgeräusche werden als Störungsmeldungen ausgewertet, und sie führen, gemäß oben Gesagtem, zur Erhöhung der unteren Abstandsgrenze.
  • Die Signale, die mit den dargestellten fünf Schallaufnehmern M1 -M5 relativ unabhängig voneinander gewonnen werden, lassen sich auch durch geeignete Überlagerung bzw. Differenzbildung der Spektren aus drei Schallaufnehmern gewinnen, wobei diese vorzugsweise umfangsmälSig gleich verteilt werden und einer davon in Richtung des Schweißnahtverlaufs orientiert ist.
  • Die Geräusche im Lichtbogen 80 werden hauptsächlich durch die Stromstärke I des Lichtbogens in ihrer Stärke und Art und die dadurch bewirkten Reaktionen in der Bogenstrecke bestimmt.
  • Die Bogenenergie bringt die Elektrode Z zum Schmelzen, und bei hohen Stromstärken wird ein Tropfenübergang mit hoher Tropfenfrequenz und kleinem Tropfenvolumen in die Schmelze 53 bewirkt, wodurch periodische Schwankungen geringer Größe entstehen (Fig. 6). Unterhalb einer kritischen mittleren Stromstärke Im dagegen erfolgt der Werkstoffübergang mit einer kleinen Tropfenfrequenz, wobei der Lichtbogen periodisch verlöscht, wobei dann die Elektrode Z durch Widerstandsheizung erwärmt wird.
  • Dementsprechend treten je nach dem Innenwiderstand der Spannungsversorgung periodisch Strom- und Spannungsschwankungen auf (Fig. 7). Diesen entsprechend ändert sich die Schallabstrahlung, und die Schallsignale werden diesen zugeordnet ausgewertet.
  • Im Zeitraum t11 - t12, wenn eine intensive Widerstandsheizung während des Eintauchens der Elektrode in die Schmelze auftritt, entstehen die Geräusche durch die Prozesse im Bad und eventuell durch schlechte Badabdeckung sowie durch die Gasströmung.
  • Im Zeitraum t21 - t22, wenn der Bogen bereits einige Zeit brennt, treten die Lichtbogengeräusche, insbesondere abhängig von der Lage des Lichtbogens, auf, die somit zur Lagesteuerung ausgewertet werden können.
  • Die Wahl des Schweißmodus bzw. einer Stromstärke unterhalb oder oberhalb der kritischen Stromstärke Im trifft der Fachmann, vorzugsweise nach Art und Lage der Schweißnaht. Um eine maximale Schweißleistung zu erreichen, ist es zweckmäßig, in dem gewählten Modus jeweils mit möglichst hoher Stromstärke zu arbeiten.
  • Zur besseren Beeinflussung des Schweißprozesses ist es bekannt, statt mit Wechselstrom mit Gleichstrom oder Impulsstrom (Fig. 8) zu arbeiten, wobei ein Grundstrom Ig und ein Impulsstrom Ip unterschiedlicher Stärke oder relativer Puls-Pausendauer der Schweißstelle zugeführt wird. Auch in dieser Betriebsart, wie auch bei Bestromung mit Wechselstrom, wird die Geräuschbildung bei niedrigem und hohem Strom jeweils von unterschiedlichen Teilprozessen verursacht, so daß die Auswertung im Zeitraum t31 -32 vor Ende des Grundstromes Ig die Gasströmung und Schweißbadreaktion und im Zeitraum t41 -42 vor Ende des Impulsstromes Ip der Lichtbogen dominiert. Die Auswertschaltung wird demgemäß mit den Perioden Tdes Wechsel- oder Impulsstromes oder dem Tauchzeitpunkt tt und Bogenzünden tb synchronisiert. Bei Wechselstrom verlöscht der Lichtbogen bei jedem Stromnulldurchgang, und bei jeder anschließenden Neuzündung tritt ein explosionsartiger Verdampfungsprozeß auf.
  • Das Verfahren der Signalanalyse von Schweißgeräuschen kann analog auch beim Lichtbogenschweißen mit Wolframelektrode und beim Plasmaschweißen oder -schneiden angewendet werden.
  • In Fig. 4 ist ein bekannter Plasmabrenner dargestellt, der von einem Haltering mit Schallaufnehmern M1 - M4 wie vor umgeben ist und der einen weiteren Schallaufnehmer M6 trägt, der durch eine Schalldurchtrittsöffnung durch das Mantelrohr 32a mit dem Schutzgas strom, z. B. CO2, verbunden ist. Dies zeigt somit eine einfachere Anordnung als die getrennte Unterbringung des Schallaufnehmers M5 in Fig. 1.
  • Die Plasmaflamme 82 im Inertgas Ar und die Schutzgasströmung CO, in der Rohrmündung 32c und im Schutzgasmantel 84 sowie die Schmelze geben unterschiedliche Geräusche ab, die zur Regelung der beiden Gasströme, des Abstandes des Brenners vom Werkstück 4, der Stromstärke oder des Vorschubes entsprechend dienen.
  • Auch für das Gasschmelzschweißen ist eine entsprechende Anordnung von Schallaufnehmern M1-M4,M6 einsetzbar, wie in Fig. 3 in Verbindung mit einem Gleichdruckbrenner gezeigt ist. Um das Mischrohr 31a ist der Haltering für die Schallaufnehmer leicht auswechselbar gelegt, so daß das Mischrohr 31a leicht gewechselt werden kann.
  • Das Schweißgeräusch dient hierbei sowohl zur Positionierungsregelung, soweit diese automatisch geschieht, als auch zur Dosierung des Sauerstoffs und des Brenngases. Die Vorabeinstellung der Schweißflamme erfolgt mit den Reduzierventilen R, solange die Flamme noch nicht mit dem Werkstück zusammentrifft. Während des Schweißvorganges erfolgt nur eine Nachregelung in einem vorgegebenen engen Bereich von der Anfangsstellung ausgehend insbesondere dann, wenn Verbrennungsgeräusche oder Geräusche zerplatzender Blasen auftreten, die auf eine Überhitzung hinweisen.
  • In entsprechender Weise ist in Fig. S ein Schneidbrenner 33 bekannter Art mit einer Schallaufnehmeranordnung Ml, M2 dargestellt, die auf den Schneidspalt 56 bzw. in Schneidrichrung auf das Werkstück 4 orientiert sind. Dem Schneidkopf 33a werden Sauerstoff und ein Brenngas-Sauerstoffgemisch über die Rohre 33b,c zugeführt, wobei die drei Gasströme durch automatisch steuerbare Ventile VB1 bis VB3 kontrolliert werden.
  • Die Voreinstellung der Gasströme an den Reduzierventilen R erfolgt wiederum solange die Flamme frei brennt. Ein gemessenes Spektrum ist in Fig. 9 mit Pb bezeichnet dargestellt. Der freie Sauerstoffstrahl erzeugt ein noch wesentlich stärkeres Geräusch, das durch Zerfall des mit Überschall austretenden Gases entsteht. Wird die Heizflamme durch Öffnen der Ventile VB1 ,VB2 und Zündung hinzugeschaltet, entsteht das gezeigte Spektrum, das insbesondere bei hohen Frequenzen stark abgesenkt ist. Bei zu geringer Heizgaszufuhr steigt das Geräusch stark an.
  • Während des Schneidprozesses tritt die Flamme 86 vorwiegend mit dem Schneidspalt 56 und der Sauerstoffstrahl 85 mit der Werkstückoberfläche 43 und insbesondere der schmelzenden Fläche 54 in Wechselwirkung, und es tritt das Geräuschspektrum Pb, abhängig von der Spaltweite, den an der Spaltwand ausgebildeten Riefen 55, eventuell vorhandenem Grat, Schlackenansatz oder unvollständigen Trennstellen, auf. Da eine Riefenbildung mit einem bestimmten mittleren Abstand ein Qualitätsmaß für den Schneidprozeß darstellt, wird der Vorschub in Bezug auf diesen Spektralanteil geregelt. Tritt ein anderes Geräusch durch Schlacken-oder Brückenansatz auf, so wird die Zufuhr des Schmelzmittels, des Schneidsauerstoffs oder z. B. von Eisenpulver (nicht dargestellt) erhöhe, bis die Trennung vollständig ist und das Geräusch verschwindet.
  • Die Geräuschänderungen beim Ein- und Auslauf werden durch Vergleich der Signale der beiden Schalldruckmelder M1,M2 erkannt und demgemäß zur Vermeidung von Instabilitäten der Regelungen gesondert ausgewertet; d. h, es erfolgt dann im wesentlichen eine Steuerung ohne Nachregelung.
  • Eine Ergänzung der Vorrichtung kann durch die Anordnung eines weiteren Schallaufnehmers (nicht dargestellt) unterhalb des Werkstücks vorgenommen werden. Das Geräusch dort ist im wesentlichen durch den aus der Schnittfuge austretenden Sauerstoffstrahl 85 bestimmt, und es ändert sich demgemäß stark bei einer Brückenbildung. Somit kann es gut zur Regelung der Sauerstoffzufuhr dienen.
  • Ein weiterer Schweißprozeß, bei dem die geräuschabhängige Steuerung und Regelung vorteilhaft anzuwenden ist, ist das Abbrennstumpfschweißen, wofür in Fig. 2 schematisch die Schweißvorrichtung gezeigt ist, die mit der Versorgungs- und Steuervorrichtung entsprechend abgeändert betrieben wird. Die Werkstücke 41a,41b werden mit Klemmbacken 7a,b durch die Antriebe Ms eingespannt und durch den axialen Antrieb Mx gesteuert zur Berührung gebracht. Die Schweißstromversorgung UI ist über einen Transformator 71 an die mit Kühlwasser KW durchflossenen Klemmbacken 7a,b geführt, so daß bei der Berührung der Werkstückendflächen 41c,d eine Widerstandsaufheizung und beim Abschmelzen der Berührungsstellen oder beim Auseinanderbewegen der Werkstücke ein Lichtbogen entsteht.
  • Die auftretenden Geräusche werden durch Schallaufnehmer M1,M2, die an einer der Klemmbacken 7a angeordnet und auf den Spalt 57 ausgerichtet sind, erfaßt. Die Steuerung des Prozesses erfolgt einerseits mit dein Vorschubantrieb Mx und weiterhin durch Beeinflussung des Schweißstromes mit dem Ziel, die Flächen 41c,d bei möglichst geringer Mate rialänderung gleichmäßig zu verflüssigen. Ungleichmäßig und übermäßig erhitztes Material tropft dabei,häufig unter Bildung von Kurzschlüssen, aus dem Spalt, und beim abschließenden Zusammenpressen der Flächen wird das verflüssigte Material zum Teil seitlich herausgepreßt. Die Geräusche werden durch die Spaltgeometrie, die Lichtbogenintensität bzw. deren Änderung in Folge der Kurzschlüsse und die Aktivität der Schmelze bestimmt. Da die Zufuhr der elektrischen Energie die Aktivität bestimmt, dient dieser Geräuschanteil der Regelung der Stromversorgung. Die Ungleichmäßigkeit einer Schmelzung läßt sich durch Vergleich der Signale der verschiedenen Schallaufnehmer M1,M2 feststellen, so daß frühestens, wenn die Differenz unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt, das Zusammenpressen erfolgt.
  • In Fig. 12 sind die Einzelheiten der Steuervorrichtung 2 dargestellt.
  • Die Schallaufnehmer M1 bis M5 sind über Verstärker 90 auf einen Multiplexer 91 geführt, dessen Ausgang zu einem Frequenzanalysator P(f), 92 führt. Von dem Mikroprozessor MP wird der Multiplexer aufeinanderfolgend über Steuersignale S91 an die einzelnen Schallaufnehmer Ml # M5 geschaltet. Dann wird, jeweils erregt über Steuersignal S92, eine zeitliche Signalfolge, die der Frequenzfolge entspricht (Fig. 9), erzeugt. Diese Signalfolge wird über Multiplexer 94 durch das Steuersignal S94 auf den Analog-/Digitalwandler 93 gegeben und in einem vorgegebenen Zeitraster als digitale Datenfolge, die das jeweilige Spektrum darstellt, vom Mikroprozessor MP aufgenommen, gespeichert und ausgewertet. Weitere Signale, die den Strom SI, die Spannung Spund die Gasdrücke SPx angeben, werden ebenfalls vom Mikroprozessor gesteuert über den Multiplexer 94 dem Analog-/Digitalwandler und dem Mikroprozessor zugeführt. Außerdem werden für die Zeitsteuerung das Signal einer Uhr Cl und Start- und Anfangsbedingungen sowie Betriebs-, Alarm- und Qualitätsmeldungen vom Mikroprozessor aufgenommen bzw. abgegeben. Weiterhin sind die KontrolleitungenSK zum Stromversorgungsteil 95 über die die Umsetzung der Versorgungsspannung Uv in die Schweißstromversorgung Ul, z. B. vgl. Fig. 8, nach Grundstromhöhe Ig, Impulsstromhöhe Ip, Periodendauer T und Impulsdauer te-ta, gesteuert werden, dargestellt.
  • Über die gezeigten Meßweg für Strom und Spannung ist der Regelkreis der Stromversorgung durch den Mikroprozessor geschlossen. Die Ergebnisse der Auswertung der Geräuschsignale werden im Mikroprozessor entweder durch Veränderung der vorgegebenen Anfangs-oder Sollwerte oder direkte Einspeisung einer abgeleiteten Korrekturgröße in den Regelkreis berücksichtigt.
  • In gleicher Weise werden die die Position oder den Gasdruck betreffenden Auswertungsergebnisse bei der jeweiligen Regelung berücksichtigt.
  • Funktional ist in Fig. 13 die seitliche Positionsregelung in analoger Schaltkreissymbolik dargestellt, die eine symmetrische Führung des Schweißbrenners in Fig. 1, auch bei Lageabweichung der Nut von der Sollposition, vornimmt. Die Signale der Schallaufnehmer M1,M3 werden nacheinander über den Multiplexer 911 dem Spektralanalysator 921 oder einem entsprechenden Filter zugeführt und in einem vorgegebenen Frequenzbereich im Integrator I integriert. Über den Dernultiplexer 97 werden die Integralwerte in den Halteschaltungen H1 ,H 3 gespeichert und dem Vergleicher 99 des Reglers, der den Antrieb My der seitlichen Brennerpositionierung speist, zusätzlich zugeführt. Die Schaltvorgänge werden durch Zeitsteuersignale St jeweils ausgelöst, die z. B. von einem Taktgenerator oder Steuerprozessor geliefert werden. In ähnlicher Weise können auch die anderen Antriebe, Strom, Spannung, Druck usw. geregelt werden. Ob eine Lösung mit Mikroprozessor oder anderer digitaler Schaltkreistechnik oder in der gezeigten Analogschaltkreistechnik jeweils ausgeführt wird, istsim allgemeinen dadurch bestimmt, ob eine große bzw. kleine Anzahl von Regelkreisen vorliegt und ob es sich um eine universell einsetzbare oder spezielle Anordnung handelt. Die Verwendung eines Mikroprozessors erlaubt eine einfachere Adaption an verschiedene Verhältnisse und eine automatische Analyse neuer Prozesse, wie bereits beschrieben. Eine vorteilhafte Kombination stellt die gleichzeitige Verwendung einer Schaltung zur Analyse gesamter Spektren nach Fig. 12 und der Einsatz von Regelschaltungen mit Frequenzfiltern nach Fig. 13 dar. Für die Auffindung von Besonderheiten im Spektrum, z. B. intensiv hervortretender oder absorbierter Frequenzanteile wird das Spektrum im Mikroprozessor jeweils mit relativ größerem Zeitaufwand nach dem jeweiligen Energieanteil in den einzelnen Frequenzbereichen klassifiziert, und dann werden demgemäß die am stärksten gegenüber dem normalen Spektrum abweichenden Frequenzbereiche bestimmt. Auf einen solchen Frequenzbereich wird dann das Filter 921 durch das Signal Sf eingestellt.
  • Die Regelung arbeitet dann in einem schnelleren Zeitraster, das nur noch von der Zeitkonstanten des Filters und der Integrationszeitkonstanten abhängig ist, oder kontinuierlich, falls mit mehreren Filtern ohne Umschaltung gearbeitet wird. Werden mehrere Regelungen parallel ausgeführt, z. B. für den Antrieb der Neigung Ma, die Stromstärke, die Elektrodenzufuhr MZ usw., so können weitere Schaltungen Fig. 13 eingesetzt werden. Die Frequenzen der Filter und die Taktung wird dabei jeweils vom Mikroprozessor vorgegeben.
  • Die in Fig. 9 gezeigten Spektren können, z. 13. im Bereich zwischen 8 und 12 kHz, zur Einstellung des Schneidbrenners vor Beginn des Schneidvorganges dienen, da der Energiegehalt in diesem gesamten Bereich über 10 DBR absinkt, wenn die Flamme richtig im Verhältnis zum Schneidsavuerstoff eingestellt ist.
  • Die in Fig. 10 dargestellten Spektren sind beim Schneiden von Stählen mit verschiedenem Kohlenstoffgehalt bei sonst gleichen Verhältnissen aufgezeichnet, wobei die durchgezogene Linie Pd mit hohem Kohlenstoffgehalt und die gestrichelte Linie Pc mit üblichem Stahl erzeugt wurde. Die mittleren Intensitäten sind nur wenig voneinander verschieden; aber bei höherem Kohlenstoffgehalt tritt eine stärkere Differenzierung auf und einige Frequenzen L21, L22,L23 zeigen hohe Intensitäten und andere, jeweils benachbarte Frequenzen L11,L12,L13, nur sehr geringe.
  • Um diese zu einer kontinuierlichen Steuerung zu nutzen, werden vorzugsweise jeweils die beiden benachbarten Frequenzbereiche L11, L21;L12,L22;L13,L23, die als charakteristisch ermittelt sind, miteinander verglichen und mit der Differenz die Regelung ausgeführt.
  • In diesem Fall wird, zur Erreichung einer glatten Trennung, die Zufuhr des Schneidsauerstoffs, abhängig von der Differenz der Energie in den Bereichen L11 - L21, erhöht.
  • In Fig. 11 sind zwei weitere Schneidspektren Pf,Pe dargestellt, wovon die gestrichelte Linie einen durchgehenden Trennschnitt und die durchgehende Linie bei gleicher Einstellung einen nicht durchgehenden Trennschnitt an einer Materialverstärkung betrifft. Man erkennt, daß dann im Frequenzbereich ab 5 kHz eine geringere Schallabstrahlung auftritt. Außerdem sind, wie in Fig. 10, insbesondere die Frequenzbereiche L13,L23 stark unterschiedlich. Um ein vollständiges, glattes Durchtrennen zu bewirken, muß der Vorschub verlangsamt werden. Die Vorschubsteuerung wird deshalb, abhängig von der Differenz der Energien in den Frequenzbereichen L13,L23, geregelt, wobei eine größere Differenz einen geringeren Vorschub bewirkt. Statt mit dem Differenzsignal kann vereinfacht selbstverständlich auch mit dem einen oder anderen Signal L13,L23 im Vergleich zum Mittelwert der Energie der gesamten Schallabstrahlung oder eines weiteren benachbarten Bereiches geregelt werden, wobei das Vorzeichen entsprechend zu berücksichtigen ist.
  • In Fig. 14 und 15 sind weitere Schweißvorrichtungen dargestellt, bei denen eine Schallauswertung zur Qualitätsbeurteilung der Schweißung und zur Regelung vorgesehen ist, wobei die Schallabstahlung bei Störungen im Prozeßablauf im allgemeinen deutlich zunimmt, da die ungestörte Schweißung unter einer Abdeckung aus Schlacke 73 und/oder Pulver PS stattfindet. Das Elektroschlackeschweißen (Fig. 14) dient insbesondere zur Verbindung von Platten oder Rohren großer Wandstärke, wobei unter Umständen mehrere Elektroden parallel zugeführt werden. Es ist wichtig dabei, daß die Schweißung im gesamten Bereich ohne Fehlstellen erfolgt.
  • Die Schmelze 53 wird seitlich durch wassergekühlte Kupferbacken 72a,72b am Austreten gehindert, und die Backen 72a,b werden mit dem fortlaufenden Erkalten der Schmelze 53 und dem Hochwachsen der Schweißnaht 52 durch den Antrieb Mb nach oben verschoben bzw. werden in anderen Anordnungen das Werkstück 4 relativ zu den Backen nach unten bewegt. Die Schlacke 73 schwimmt dabei durch den Stromfluß erwärmt und verflüssigt auf der Metallschmelze 53. Zu einem normalen Prozeßablauf, der eine hochwertige Verbindung garantiert, müssen der Elektrodenvorschub, der Kühlbackenvorschub, die Energiezufuhr, die Kühlung und die Schlackenmenge jeweils zueinander ausgewogen sein. Abweichungen davon führen zur Veränderung des Geräuschspektrums, die entsprechend ausgewertet werden.
  • Der Schallaufnehmer M1 ist zweckmäßig auf einer Backe 72a oberhalb der Schlackenabdeckung plaziert. Bei einer breiten Schweißnaht und Rohrschweißnaht, insbesondere mit mehreren Elektrodenzuführungen, empfiehlt sich die Anordnung mehrerer Schallaufnehmer, z. B. je auf einer Backe und unter anderem die Auswertung der Schallsignale durch Vergleich, wie analog für den Vorschub zu Fig. 13 bereits beschrieben.
  • Bei dem in Fig. 15 gezeigten Unterpulverschweißen wird durch die trichterförmige Mündung 74 der Schweißstelle Pulver PS als Schutzmittel zugeführt, so daß der Lichtbogen 80 und die Schmelze 53 gegen die umgebende Luft abgeschirmt sind, wodurch über der Schmelze 53 eine Pulverschlackenschicht 73 entsteht, die ein langsames Erstarren der Schmelze bewirkt. Diese Schlackenschicht 73 und das darüberliegende Pulver PS' dämpfen das austretende Schweißgeräusch charakteristisch. Störungen im Prozeßablauf, insbesondere solche, die eine zu geringe Abdeckung bewirken, werden deshalb an den erhöhten Geräuschen mit dem Schallaufnehmer Ml, der vorzugsweise in Richtung der Schweißnaht am Schweißkopf angeordnet ist, erkannt. Es können dadurch der Vorschub des Schweißkopfes und der Elektrode Z, die Dosierung D des Pulvers PS und die Schweißstromversorgung geregelt und überwacht werden.
  • Zur Verhinderung von Regelschwingungen, insbesondere als Folge von ungleichmäßigem Prozeßverlauf in der Schweiß- oder Trennstelle, z. B. durch Explosion von Blasen oder Schlackenbildung, werden die Meßsignale, abhängig von Kriterien, die vorzugsweise durch zeitliche Mittelung mehrerer Meßwefle und Toleranzvergleich mit diesen gebildet werden, ausgewertet oder als sporadisch fehlerhaft eliminiert. Auch kann das Signal eines Lichtsensors LS oder ein vom Stromsignal abgeleitetes Kriterium dazu benutzt werden. Die Toleranzgrenzen werden auf Grund von Versuchen und fachmännischer Qualitätsbeu rteilung der Prozesse vorgegeben.
  • Die dargestellte Positioniervorrichtung kann auch mit gesteuerten und nicht rückgekoppelten Schrittantrieben ausgeführt sein. Die Korrektursignale werden dann als zusätzliche Schrittimpulse in bekannter Weise durch Änderung der Sollpositionsvorgabe ausgegeben.
  • Die Steuerung wird dadurch mit einem übergeordneten Regelkreis ergänzt.
  • Die Bezeichnungen der Leitungen und der darauf geführten Signale oder Daten sind in der Beschreibung und den Ansprüchen wie in den Zeichnungen einheitlich mit "S" beginnend gefolgt von Angaben über die Signalquelle bzw. -senke, je nachdem, ob es sich um einen Signalgeber oder ein Stell- oder Regelorgan handelt. Die Bezeichnungen SPos,SZ,SVB beziehen sich sowohl auf die Steuersignale für die Antriebsmotore oder Stellglieder als auf Meldesignale von zugehörigen Positions- oder Stellungsmeldern. In Einzelfällen sind diese entsprechend zusätzlich indiziert, soweit dies zum Verständnis erforderlich ist.
  • - Leerseite -

Claims (18)

  1. Patentansprüche Schweiß- oder thermische Trennvorrichtung mit einem Schallaufnehmer (mol) zur Aufnahme des Geräusches und einer Steuervorrichtung (2), in der aus dem gewonnenen Geräuschsignal charakteristische Größen gebildet werden, die untereinander und/oder mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden, wobei, abhängig von den Vergleichen, Qualitäts-oder Alarmsignale ausgegeben werden und/oder Sollwerte von Prozeßparametern erzeugt werden, und diese der Prozeßstellvor richtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schweiß- oder Trennvorganges fortlaufend periodisch, vorzugsweise synchronisiert zu insbesondere periodischen Änderungen von Prozeßsignalen (SU,SZ), aus dem Geräuschsignal (SM1) die charakterischen Größen, ggf. abhängig von den periodischen Änderungen, jeweils gebildet werden und dementsprechende Vergleiche durchgeführt und dem entsprechende Qualitätsdaten oder Alarmsignale und/oder Sollwerte (SH1-SH3) erzeugt und Stellgliedern (V,VB) bzw.
    ggf über Prozeßregler den Prozeßstelleinrichtungen (R,1,95, Ma ,Mx,My,Ms ,Mb ,MZ ,D) laufend zugeführt werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schallaufnehmer (M1,M2,M3,M4) vorzugsweise in gleichmäßiger Verteilung um die Schweiß- bzw. Trennstelle (5) und symmetrisch zu der Schweißnaht (52) bzw. Trennfuge (56) ausgerichtet angeordnet und vorzugsweise mit einem Haltering (62) an einem Brenner- bzw. Pistolenrohr (3,31a:,32a,33a) oder einem Pijlvertrichter (74) oder mindestens einer Klemmbacke (7a,7b;72a,72b) lösbar befestigt ist und vorzugsweise ein weiterer Schallaufnehmer (M5,M6) im Pistolen- bzw Brennerrohr (3) oder in Verbindung mit dessen Innerem (31c,32c) angeordnet und vorzugsweise mit dem Haltering (62) befestigt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Schallaufnehmer (SM1 bis SM6) und/oder die aus diesen gewonnenen charakteristischen Größen (sH1,SH2) miteinander verglichen werden und die gewonnenen Vergleichswerte der relativen Lage der Schallaufnehmer (Mi bis M6) zur Schweiß- oder Trennstelle (5) bzw. Schweißnaht (52) oder Trennfuge (56) gemäß diesen zugeordneten Prozeßreglern (95,My,Ma,Mz,R) als Regelsignal (H3 - H1) zugeführt werden.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale (SM1 bis SM6) der Schallaufnehmer (M1 bis M6) vorzugsweise über einen Multiplexer (91) einem Frequenzanalysator (92) zugeführt werden, dessen Ausgangssignal in einem Analog/Digitalwandler (93) in eine digitale Signalfolge umgesetzt wird, die einer Auswertevorrichtung, vorzugsweise einem programmgesteuerten Mikropwzessor (MP) zugeführt wird, der daraus und aus weiterpen Eingangsdaten (SPx,SPos,SU,SI,SL) die Alarmsignale und/ oder Qualitätsdaten und/oder Meß- und Auswertesignale bildet und auf einer Ein-Ausgabeeinheit (EA) ausgibt und/oder Kontrollsignale (SK) und die Sollwerte für eine Versorgungsvorrichtung (1) insbesondere eine Schweiß- bzw. Trennstromversorgung (95) und/oder Sollwerte einer Positioniervorrichtung (Mx,M#,Ma,Ms,Mb) undtoder Vorschubvorrichtung (MZ) und/ oder Regel- oder Dosiervorrichtungen (R,D) bildet.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Signal (SM 1 ,SM 3) vorzugsweise über einen Eingangsm ultiplexer (911) mindestens einem vorzugsweise nach Frequenz und/ oder Bandbreite einstellbaren Frequenzfilter (921) zugeführt wird, und dessen Ausgangssignal in einen Integrator (96), der ggf. mit dem Eingangsmultiplexer (911) und einem Ausgangsmultiplexer (97) synchron gesteuert wird, integriert dann Halteschaltungen (H1,H3) synchron getaktet zugeführt wird, deren Ausgangssignale (SH1,SH2) zugehörigen ProzeX-reglern (99) als Korrektursignale zu den Sollsignalen (Spos ysoll) zugeführt werden.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter (921) über Steuersignale (Sf) und/oder das Frequenzfilter (921) und ggf. die Multiplexer (911,97) und die Halteschaltungen (H1,H3) über Steuersignale (St) von dem Mikroprozessor (MP) gesteuert werden.
  7. 7. Verfahren zur Auswertung von Schweiß- oder Trenngeräuschen vorzugsweise unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schweiß- bzw. Trennprozesses die Schalldrücke fortlaufend nach ihrer Intensität, Frequenz-# und/oder Richtungsverteilung gemessen und gespeichert werden und diese Meßwerte mit vorgegebenen Vergleichswerten und vorgespeicherten Werten verglichen werden und bei Abweichungen über eine vorgegebene Toleranzgrenze zugeordnet zur Intensität, Frequenz- und/oder Richtungsabweichung Prozeßinformations-, Regel-, Steuer- und/oder Alarmsignale erzeugt und den entsprechenden Vorrichtungen zugeführt bzw. ausgegeben werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schweiß- oder Trennprozesses die Betriebsparameter (Strom, Spannung, Impulszeiten, Gasdrücke, Positionierung) und Werkstückeigenschaften ~ (Spalttiefe, Spaltweite) systematisch verändert werden und dabei fortlaufend die Schallmeßwerte aufgenommen, gespeichert und miteinander verglichen werden und den jeweiligen Betriebsparametern zugeordnet die jeweilig charakteristische (abhängige) Intensitäts-, Frequenz- oder Richtungsänderung bestimmt und gespeichert wird und abhängig von einer Qualitätsbeurteilung des Schweiß- oder Trennprozesses die Vergleichswerte und Toleranzgrenzen bestimmt und gespeichert werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallmeßsignale und/oder -werte in Richtung der Fuge oder Schweißnaht und/oder symmetrisch seitlich der Fuge oder Schweißnaht und/oder ober- und unterhalb des Werkstückes und/oder innerhalb und außerhalb des Pistolen- oder Brennerrohres miteinander bezüglich der charakteristischen Größen zugeordnet zu den Prozeliparametern miteinander z. B. durch Differenzbildung und/ oder Verhältnisbildung korreliert werden und die dadurch errechneten Werte ggf. mit den vorgegebenen Toleranzgrenzen verglichen werden und diese Werte, sofern sie im gegebenen Toleranzbereich liegen, als Steuer- oder Regelsignal abgegeben werden oder andernfalls vorzugsweise mit einem Alarmsignal ausgegeben werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz und/oder das Verhältnis der Schallenergie in vorgegebenen Frequenzbereichen (L11 ,L21 ,L12,L22,L13 ,L23) vorzugsweise jeweils zu einem jeweils benachbarten oder umgebenden Frequenzbereich oder zur Gesamtschallenergie gebildet wird und die so gebildeten Differenz- und/oder Verhältniswerte den Prozeßparametern zugeordnet werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz und/oder das Verhältnis der Schallenergiemeßwerte in den vorgegebenen Frequenzbereichen (L11,L21;L13, L23) vorzugsweise jeweils zwischen einander benachbarten Frequenzbereichen gebildet werden und einer der Differenz- oder Verhältniswerte zur Regelung der Zufuhr von Trennmittel (Trelmsauerstoff) und ein weiterer zur Regelung des Vorschubes des Brenners oder der Pistole dient.
  12. 12 Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung und/oder die zugehörige Auswertung der Geräusche in Abhängigkeit vom Pwzeßverlauf (Vorlauf, Nachlauf, Platzen von Blasen, Widerstands-/Lichtbogenerwärmung) und/oder der Änderung der Prozeßparameter (Werkstückgeometrie, -lage, -material, Pistolenlage zum Werkstück, Strom, Spannung, Impuiszeiten) durchgeführt wird und dabei dementsprechend zugeordnete Vergleichswerte und Toleranzgrenzen oder Toleranzgrenzenerweiterungen vorgegeben werden.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung und Auswertung der Geräusche beim Wechselstrom oder Impulsschweißen jeweils in einem Zeitraum (tll-tl2,t21-t22,t31-t32,t41-t42) kurz vor Ende der Hochstrom- und der Null- bzw. Niedrigstromphase erfolgt und die diesen zugeordnet ermittelten Werte den jeweils für die Lichtbogenaktivität bzw.
    die Schmelzenaktivität maßgeblichen Prozeßparametern (Strom/ Spannung, Brenngasmenge bzw. Schutzmittelmenge) als Korrekturgrol3en der Sollwerte für deren Regelung zufügt.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalenergien zweier symmetrisch seitlich der Schweißfuge (83) angeordneter Schallaufnehmer (M1,M3) in einem vorgegebenen Frequenzbereich verglichen wird und die Differenz der Positionierung (My) in seitlicher Richtung als Korrekturwert (H3-H1) in Richtung auf die Fugenmitte zugeführt wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallenergie aus Richtung der Fuge (83,56) und der Schweißnaht (52) bzw. dem Werkstück (4) in einem oder mehreren vorgegebenen Frequenzbereichen verglichen wird und die Differenz jeweils zur Steuerung der Anstellung des Schweißkopfes, der Steuerung der Stromversorgung und/oder der Regelung bzw.
    Dosierung der Menge des Schutzgases (Ar,C02) bzw. des Pulvers (PS) dient.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallenergie in einem vorgegebenen Frequenzbereich im Inneren des Pistolen- oder Brennerrohres (31c,32c) mit der Schallenergie außerhalb des Brennerrohres relativ und/ oder mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird und, wenn die Schallenergie im Inneren den Vergleichswert überschreitet, ein Alarmsignal ausgegeben wird.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallenergie des freien Trennsauerstoffstrahles, dessen Durchflußmenge oder Druck nach der Brennerart und Materialart und -stärke bestimmt ist, in einem vorgegebenen Frequenzbereich (8 bis 12 kHz) gemessen und der Meßwert gespeichert wird und dann das Heizgasgemisch (C2H4,02) so eingeregelt wird, daß die dann gemessene Schallenergie in diesem Frequenzbereich einen vorgegebenen Bruchteil des gespeicherten Meßwertes beträgt.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallaufnehmer (M1 bis M6) über einen vorzugsweise rohrförmigen Schalleiter (61), der in seinen Abmessungen einem vorgegebenen Frequenzbereich gemäß ausgebildet ist, mit einer Schalleintrittsöffnung, die selbst und/oder in Zusammenwirken mit richtungsorientierten und frequenzabhängigen Dämpfungs- und/oder Konzentrationsmitteln, wie absorbierende Abschirmungen bzw. reflektierende Konzentratoren auf die Schweiß- oder Trennstelle gerichtet ist.
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