DE3511707A1

DE3511707A1 - Verfahren zur automatischen steuerung der hoehe einer schweissraupe

Info

Publication number: DE3511707A1
Application number: DE19853511707
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Nomura; Yuji Sugitani; Naohiro Tsu Mie Tamaoki
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1984-05-28
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1985-11-28
Also published as: GB2159637B; SE8501443D0; SE503462C2; FR2564765A1; SE8501443L; CA1228649A; GB8507802D0; DE3511707C2; JPS60250877A; GB2159637A; US4608481A; JPH0141437B2

Description

U.Z. 858.54 - 5 -

NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA

1-2 Marunouchi 1-chome

Chiyoda-ku, Tokio

Japan

Verfahren zur automatischen Steuerung der Höhe einer

Schweißraupe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Höhe einer Schweißraupe, wobei die Schweißrichtung längs einer zu schweißenden Fuge verläuft, und wobei die Schweißsteuerung dergestalt folgt, daß sich eine gleichmäßige Höhe der Schweißraupe ergibt.

Die Durchführung einer automatischen Schweißung ohne Bedienungspersonal erfordert die Verwendung einer Wegmeßeinrichtung und einer Einrichtung zur Lageregelung eines Schweißkopfs zur automatischen Messung und Korrektur de'r Lage des Schweißkopfs bezüglich der zweidimensionalen Abweichung von der Fugenlinie, die sich im Verlauf des Schweißvorgangs laufend ändert.

Verschiedene Fühlerarten wurden für diesen Zweck bisher verwendet, wozu Kontaktfühler und kontaktfreie Fühler von der Art der elektromagnetischen oder optischen Lagemeßeinrichtungen gehören. Da jedoch die Verwendung dieser Fühler erfordert, daß ein Fühler oder eine entsprechende Einrichtung als getrennter Bauteil in der Nähe des Schweißkopfes zusätzlich zu diesem montiert wird, muß ein vorbestimmter Abstand zwischen der Lage der Meßeinrichtung und der Lage des Schweißkopfs aufgrund der entsprechenden Abmessungen eingehalten werden, und daraus ergeben sich vom Benützerstandpunkt viele Einschränkungen insofern als eine genaue Messung nicht sichergestellt ist, daß eine Begrenzung bezüglich der Größe der zu schweißenden Gegenstände besteht, u.s.w.

Außerdem bringt das Schweißen von Fugen unvermeidlich Änderungen der Fugenform wie z.B. der Fugenbreite und des Fugenwinkels mit sich, und deshalb müssen derartige Schwankungen gemessen werden, um eine automatische Steue- · rung der Schweißbedingungen zu erreichen. Man kann sagen, daß bisher keine wirksame Meßeinrichtung für diesen Zweck besteht, und daß nur ein Verfahren vorgeschlagen wurde, wobei die Fuge vor dem Schweißbogen zur Messung der Fugenbreite mit einer Industriefernsehanlage erfaßt wurde.

Dieses Verfahren gelangte jedoch nicht zur praktischen Anwendung, da es die Nachteile aufweist, daß der tatsächliche Fugenquerschnitt nicht sichtbar wird, obgleich es möglich ist, die Breite der Fugenoberfläche zu messen, daß die Meßgenauigkeit auf jeden Fall durch den Lageunterschied zwischen der Meßstelle und der Lage des Schweißlichtbogens begrenzt ist, daß eine Beschränkung bezüglich ' der Abmessungen der zu schweißenden Gegenstännde besteht, wie bereits erwähnt, u.s.w.

Im Hinblick auf diese Tatsache wurde in der JP-PS 57-3462 ein Verfahren beschrieben, bei dem der innerhalb der Schweißfuge hin- und herbewegte Schweißlichtbogen selbst als Fühler verwendet wird und die Schweißelektrode innerhalb der Fuge genau nach deren Kontur ohne Verwendung eines getrennten Fühlers geführt wird. Dieses Verfahren ist insofern nützlich als nicht nur der Schweißkopf veranlaßt wird, der Fugenlinie zu folgen, sondern auch die gewünschten Informationen bezüglich des Fugenquer-Schnitts unmittelbar unter dem Lichtbogen durch die wellenförmige Bewegung des Schweißkopfs geliefert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Höhe einer Schweißraupe zu liefern, das keinen getrennten Fühler für die Bestimmung der Fugenlage, der Querschnittsform der Fuge etc. verwendet, sondern die Eigenschaften des Schweißlichtbogens selbst benützt, der als Fühler dergestalt eingesetzt wird, daß nicht nur der Schweißkopf genau nach der Fugenlinie geführt wird, sondern auch die Form der Fuge erfaßt wird, wodurch automatisch die Schweißbedingungen gesteuert und laufend eine Schweißraupe von hoher Güte mit vorbestimmter gleichmäßiger Höhe ausgebildet wird, unabhängig von irgendwelchen Schwankungen des Fugenzustandes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art· durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Die Erfindung umfaßt insbesondere ein Verfahren, bei dem die Fortbewegung eines Schweißkopfs durch das in der JP-PS 57-3462 beschriebene Verfahren mit automatischer Folgesteuerung erreicht und dergestalt verwendet wird, daß

die Breite der Fuge, auf die der Schweißlichtbogen aufgesetzt wird, gemessen und die Schweißgeschwindigkeit automatisch dergestalt gesteuert wird, daß sich eine gleichförmige Schweißraupe von vorbestimmter Höhe über die gesamte Länge einer herzustellenden Schweißnaht ergibt. Wenn also bei dem Lichtbogen-Schweißverfahren gemäß der Erfindung eine Energiequelle mit konstanter Gleichstromoder Wechselström-Kennliriie oder einer konstanten Gleichspannungs- oder Wechselspannungs-Kennlinie verwendet wird, wird der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Schweißelektrode und der Oberfläche des Grundmetalls durch eine Vorrichtung verändert, welche die Schweißelektrode in Axialrichtung (im folgenden als Y-Achse bezeichnet) verändert, um die Lichtbogenspannung oder den Schweißstrom und dadurch die Länge des Lichtbogens laufend konstant zu halten, und gleichzeitig mit diesem Steuervorgang wird die Schweißelektrode in Richtung der Breite der Schweißfuge (im folgenden als X-Achse bezeichnet) dergestalt bewegt, daß sich die Bewegungsrichtung in der X-Achse umkehrt, wenn der genannte Abstand einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Anschließend wird dieser Vorgang laufend wiederholt. Infolge der Wiederholung dieses Vorgangs wird der Lichtbogen am Elektrodenende in Richtung der Breite der Fuge hin- und herbewegt, so daß die Fuge genau verfolgt und die Höhe über der Oberfläche des Grundmetalls bis zu den Endpunkten der Hin- und Herbewegung laufend gleichmäßig gehalten wird. In diesem Fall stellt die Laufzeit von einem Endpunkt bis zum anderen Endpunkt der Hin- und Herbewegung eine Periode dar, und im Verlauf einer Periode oder eines ganzzahligen Vielfachen dieser Periode wird die Breite der Hin- und Herbewegung in Richtung der X-Achse oder die Schwingungsbreite oder deren Mittelwert gemessen und gespeichert. Dann wird in Abhängigkeit von der gespeicherten Schwingungsbreite oder deren Mittelwert, einem vorbestimmten Wert der Höhe der Schweißraupe und

der Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts die gewünsch-• te Schweißgeschwindigkeit für die folgende Periode oder für das folgende ganzzahlige Vielfache einer Periode der Hin- und Herbewegung bestimmt und ausgeführt. Sodann wird dieser Steuervorgang wiederholt durchgeführt, und die Höhe der Schweißraupe innerhalb der Fuge wird konstant gehalten.

Insbesondere ergibt sich bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung die Schweißgeschwindigkeit V aufgrund eines Meßwerts der Schwingungsbreite Ww und aus vorwählbaren Parametern wie einer gewünschten Schweißraupenhöhe h, einem Abstand Ah zwischen der Oberfläche der Raupe und" einem Umkehrpunkt der Hin- und Herbewegung, einer Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts Vf, einem Fugenwinkel θ und einem Abstand AW in Richtung der X-Achse zwischen dem Elektrodenende und der Fugenwand am Endpunkt der Hin- und Herbewegung. Die Querschnittsfläche A des Schmelzguts ergibt sich also aus den Werten von Ww, h, Ah, Θ und AW.

Sodann wird die Schweißgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche A und der Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts Vf bestimmt. Bei dieser Berechnung ist nur Ww eine Veränderliche, und die übrigen Größen sind konstant.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ergibt sich die Schweißgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von der Schwingungsbreite Wwo im Verlauf der vorausgehenden Schwingungsperiode, einer Schwingungsbreite Ww während der gegenwärtigen Schwingungsperiode, einer gewünschten Raupenhöhe h,einer Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts Vfo und einem ursprünglich eingestellten Wert der Schweißgeschwindigkeit Vo. Es ist zu beachten, daß bei dieser Berechnung Wwo und Ww Veränderliche und die übrigen Größen konstant sind. ·

Durch das Steuerverfahren gemäß der Erfindung wird jegliche Abweichung von der Fugenlinie oder Schwankung der Fugenbreite durch Verwendung der Eigenschaften des Schweißlichtbogens selbst gemessen, so daß der Schweißkopf genau nach der Fugenlinie geführt und die Schweißgeschwindigkeit zur Erzeugung einer Schweißraupe von vorbestimmter Höhe automatisch in Abhängigkeit von der Schwingungsbreite des Schweißkopfs für jede Schwingungsperiode oder jedes ganzzahlige Vielfache der Periode gesteuert wird.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus einer Schweißvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Grundschaltung für

.. die. Steuerung einer konstanten Lichtbogenlänge 20· durch den Motor für die Y-Achse in der Schweißvorrichtung von Fig. l_f

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für den Motor der X-Achse in der Schweißvorrichtung von Fig. 1,

Fig. 4A und

Fig. 4B Diagramme zur Erklärung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
30

Fig. 5 und

Fig. 6 Diagramme zur Erklärung verschiedener Fugenformen, bei denen das Verfahren gemäß der Erfindung anwendbar ist,

Fig. 7 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms für den Steuervorgang bei einer Ausführungsform der Erfindung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine Schweißmaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung derart ausgelegt, daß ein Schweißschlitten 3 längs einer Schweißfuge 2 des zu verschweißenden Grundmetalls 1 verschiebbar ist und eine vom Schweißschlitten 3 gehaltene Schweißelektrode 5 durch Antriebsmechanismen 4Y und 4X für die Vertikalrichtung (Y-Achse) und für die Richtung der Fugenbreite (X-Achse) in Richtung der Fugenlinie verschoben und dabei innerhalb der Fuge in Richtung der Fugenbreite hin- und herbewegt wird. Gleichzeitig mißt eine Wegmeßeinrichtung 6Y, bestehend aus einem Potentiometer oder dergleichen, die Bewegung der Elektrode 5 in Richtung der Y-Achse, die dergestalt gesteuert wird, daß die Länge des Lichtbogens konstant gehalten wird. Desgleichen mißt eine aus einem Potentiometer oder dergleichen bestehende Wegmeßeinrichtung 6X die Bewegung der Elektrode 5 in Richtung der X-Achse bei ihrer Hin- und Herbewegung in Richtung der Fugenbreite. Die Elektrode 5 kann entweder eine Abschmelzelektrode oder eine nichtabschmelzende Elektrode sein. Eine Schweiß-Energiequelle 7 ist zwischen der Elektrode 5 und dem Grundmetall 1 angeschlossen, und die Energiequelle 7 enthält eine konstante Stromquelle oder eine konstante Spannungsquelle, je nach dem Schweiß-Anwendungsfall. Bezugszahl 8 bezeichnet eine Lichtbogen-Spannungsmeßeinrichtung, und Bezugszahl 9 eine Lichtbogen-Strommeßeinrichtung. Diese Meßeinrichtungen sind nur dann vorgesehen, wenn sie vom Standpunkt der Steuerung aus erforderlich sind.

Die Grundlage des Steuerverfahrens gemäß der Erfindung besteht in einer konstanten Lichtbogenlänge, welche die hin- und herlaufende Schweißbewegung steuert, die dadurch entsteht, daß die Elektrode 5 in Richtung der

Breite (X-Achse) innerhalb der Fuge 2 hin- und herbewegt wird, wobei die Elektrode 5 gleichzeitig in Richtung der Höhe (Y-Achse) derart verschoben wird, daß die Länge des Lichtbogens stets konstant bleibt. Die Elektrode 5 wird in Richtung der X-Achse durch den Antriebsmechanismus 4X hin- und herbewegt, welcher durch einen X-Achsen-Motor 1OX getrieben wird, und die Bewegung der Elektrode 5 in Richtung der Y-Achse erfolgt durch den Antriebsmechanismus 4Y, der durch einen Y-Achsen-Motor 1OY getrieben wird. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Antriebsmechanismus 4X, der die Elektrode 5 zur Bewegung in Richtung der X-Achse trägt, auf dem Antriebsmechanismus 4Y dergestalt befestigt, daß er in Richtung der Y-Achse verschiebbar ist, und der Antriebsmechanismus 4Y am Schlitten 3 befestigt ist, jedoch beschränkt sich die Erfindung in keiner Weise auf die beschriebene Befestigungsreihenfolge. Eine Grundschaltung für die Steuerung einer konstanten Lichtbogenlänge ist, wie in Fig. 2 dargestellt, derart aufgebaut, daß ein Differenzialverstärker 11 mit der Lichtbogenspannung von der Lichtbogen-Spannungsmeßeinrichtung 8 gespeist wird, wenn die Energiequelle 7 eine konstante Stromquelle ist; wenn die Energiequelle eine konstante Spannungsquelle ist, wird er mit dem Lichtbogenstrom von der Lichtbogen-Strommeßeinrichtung 9 gespeist. Somit erzeugt der Verstärker 11 die Differenz zwischen dem Eingangswert und dem Bezugswert, der an einer Einstelleinrichtung 12 vorgewählt wird, und es ist eine Antriebssteuerung 13 vorgesehen, die den Y-Achsen-Motor 1OY mit der Drehzahl antreibt, welche dem Differenzausgang entspricht. Diese Schaltung hält die Lichtbogenspannung (bzw. den Lichtbogenstrom) konstant, wodurch auch die Lichtbogenlänge konstant gehalten wird, und das vordere Ende der Elektrode 5 wird bei deren Bewegung in Richtung der X-Achse längs der Fugenwand bewegt.

Diese Elektrodenbewegung in Richtung der X-Achse wird durch die in Fig. 3 gezeigte Antriebssteuerschaltung gesteuert. Insbesondere ist der in Fig. 3 dargestellte X-Achsen-Motor 1OX derart ausgelegt, daß er durch eine Steuerung 15 mit einer durch eine Einstelleinrichtung 14 vorgewählten konstanten Drehzahl betrieben wird, und die Drehrichtung des X-Achsen-Motors 1OX wird jedesmal umgekehrt, wenn die Steuerung 15 ein Signal vom Umschaltimpulsgenerator 16 erhält. Die von der Wegmeßeinrichtung 6Y gemessene Y-Achsen-Verschiebung e der Elektrode 5 wird mit einem vorgewählten und in einem Speicher 17 gespeicherten Endstellungs-Sollwert e durch eine Vergleichsschaltung 18 verglichen, so daß jedesmal, wenn die Gleichheit zwischen e und e festgestellt wird, ein Umschaltsteuersignal vom Umschalt-Impulsgenerator 16 als Folge eines von der Vergleichsschaltung 18 erzeugten Signals an die Steuerung 15 angelegt wird.

Fig- 4A zeigt die Art, wie die Elektrode 5 durch die Vorrichtung von Fig. 1 mit der Steuereinrichtung von Fig.

und 3 bewegt wird, und Fig. 4B zeigt als Beispiel ein Lageverhältnis zwischen dem entstehenden Schmelzgut und dem vorderen Ende der Elektrode. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 5a den Weg des vorderen Endes der Elektrode, la die Oberfläche des Grundmetalls, 2a den Grund der Schweißfuge und 30 das Schmelzgut.

In Fig. 4A wird die Elektrode 5 z.B. zunächst an ein Ende (a) der Fuge angesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Y-Achsen-Verschiebung als e gespeichert. Wenn ein Lichtbogen entsteht und die Bewegung der Elektrode 5 in Richtung der X-Achse beginnt, wird durch die oben erwähnte Steuerung für eine konstante Lichtbogenlänge das vordere Ende der Elektrode praktisch längs den Wänden der Fuge durch die Punkte (a), (b) und (c) in der Figur

bewegt, und es ergibt sich für das vordere Ende der Elektrode der Weg 5a. Wenn das andere Ende (c) erreicht ist, wird der Ausgang e der Wegmeßeinrichtung 6Y wiederum zu e , und daher wird die Richtung der X-Achsen-Bewegung durch die Steuerschaltung von Fig. 3 umgekehrt. Dieser Vorgang wiederholt sich anschließend in der gleichen Weise.

Die Laufzeit von einer Endlage (a; c) zur entgegengesetzten Endlage (c; a) der Hin- und Herbewegung wird als eine Schwingungsperiode bezeichnet. Durch dieses Steuerverfahren wird selbst dann, wenn der Mittelpunkt der Fuge von der Bewegungsrichtung des Schweißschlittens abweicht, erreicht, daß das vordere Ende der Elektrode stets seine Hin- und Herbewegung innerhalb der Fugenbreite wiederholt und dabei einen vorgewählten Abstand von der Oberfläche des Grundmetails oder des Fugengrunds einhält.

Während jeder Schwingungsperiode wird die Schwingungsbreite Ww, die von der X-Achsen-Wegmeßeinrichtung gemessen werden kann, auf eine Fugenbreite B am Schwingungs-Umkehrpunkt (dem Punkt e ) bezogen, wie durch folgende Gleichung dargestellt:

B = Ww + 2 AW (1)

In der Gleichung (1) ist AW der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Elektrode und der Fugenwand am Endpunkt der Hin- und Herbewegung; dies ist im wesentlichen eine Konstante, welche durch die einzuhaltende Lichtbogenlänge bestimmt wird. Somit ändert sich dieser Wert nicht bei Änderungen der Fugenbreite, wenn der Augenblickswert des Schweißstroms und der Lichtbogenspannung konstant gehalten wird, was durch Versuche bestätigt wurde.

Wenn andererseits Vf die Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts darstellt, V die Schweißgeschwindigkeit und A die Querschnittsfläche des im Verlauf einer Schwingungsperiode entstehenden Schmelzguts 30, so gilt folgende Beziehung:

Vf = A-V (2)

Wenn Ah (Ah = e - h) den Abstand zwischen der Oberfläche der Schweißraupe und dem Schwingungs-Umkehrpunkt, h die Raupenbreite und Θ den Fugenwinkel darstellt, so gilt ^ folgende Beziehung:

A = {( Ww + 2 AW) - 2 Ah ·tanG - h·tanG } h (3) Die Gleichung (3) zeigt, daß dann,wenn die Tiefe der Schweißfuge (oder die Plattendicke) und der Fugenwinkel Θ konstant ist, die gewünschte Querschnittsfläche A des l-* Schmelzguts, welche stets eine vorbestimmte Raupenhöhe trotz Schwankungen der Fugenbreite sicherstellt, durch Berechnung in Abhängigkeit vom Wert der gemessenen Schwingungsbreite Ww erzielt werden kann.

Somit kann durch vorherige Eingabe eines Fugenwinkels Θ, einer gewünschten Raupenhöhe h, einer durch den Schweißstrom bestimmten Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts Vf und der Konstanten AW in eine Rechnereinheit, z.B. einen Mikrocomputer vor Beginn der Schweißung, die geeig-

■ nete Schweißgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von der während jeder Schwingungsperiode gemessenen Schwingungsbreite Ww erzielt werden.

Es wird nunmehr eine vereinfachte Ausführungsform für die ■*" Berechnung der geeigneten Schweißgeschwindigkeit beschrieben. Im allgemeinen, und ohne Beschränkung auf die in Fig. 4A und 4B beschriebenen Schweißfugen, werden die Schweißbedingungen einschließlich Schweißgeschwindigkeit

Schweißstrom, Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts etc. als Eingangswerte in Abhängigkeit von der Fugenform vorbestimmt, und anschließend werden die Schweißbedingungen in Abhängigkeit von Schwankungen der Fugenbreite geändert. Wenn gemäß diesem Verfahren die Eingangswerte oder die Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts bzw. die Schweißgeschwindigkeit mit Vfο und Vo bezeichnet werden, und wenn die Schweißung unter diesen Bedingungen eingeleitet wird, ergibt sich nach einer Schwingungsperiode die Querschnittsfläche Ao des entstehenden Schmelzguts durch folgende Gleichung:

AO=

Die Schwingungsbreite unter diesen Verhältnissen wird mit Wwo bezeichnet. Nehmen wir nun an, daß die Fugenbreite sich während der folgenden Schwingungsperiode verändert, so daß sich die Fugenbreite z.B. erhöht und zu Ww wird. In diesem Fall muß, um eine vorbestimmte Raupenhöhe h sicherzustellen, die Querschnittsfläche

des Schmelzguts um einen Betrag ΔΑ - Ao erhöht werden.

Das bedeutet, daß in der Gleichung (3) alle Parameter außer Ww konstant sind, und es gilt daher folgende Gleichung;

ΔΑ = A - Ao = (Ww- Wwo)h (5)

Daher ist die Schweißgeschwindigkeit V, die erforderlich ist, um die vorbestimmte Raupenhöhe h sicherzustellen, durch folgende Gleichung in Übereinstimmung mit den Gleichungen (4) und (5) gegeben.

_{v =} Vfo _ Vfo

A Ao - ΔΑ

Vfo ( 6 )

^Vfo + (Wh - Wwo)h

Vo

Wenn Gleichung (6) verwendet wird, ist es durch Vorausbestimmung einer gewünschten Raupenhöhe h für eine

Schweißfuge mit veränderlicher Pugenbreite möglich, die geeignete Schweißgeschwindigkeit V für die nächstfolgende Schwingungsperiode in Abhängigkeit von der ursprünglichen Schweißgeschwindigkeit Vo und der vor der Schweißung festgesetzten Zuführgeschwindigkeit für den Schweißdraht Vfo sowie die Änderung des Meßwerts der Schwingungsbreite während jeder Periode bzw. des Wertes von Ww - Wwo zu berechnen.

Da dieses Verfahren unabhängig von dem vorgewählten Wert des Fugenwinkels anwendbar ist, wenn nur der Fugenwinkel konstant ist oder sich nicht beträchtlich ändert, beschränkt sich das Verfahren nicht auf die Fugenformen von Fig. 4A und 4B, und es ist auch z.B. auf unsymmetrische Fugen wie in Fig. 5 dargestellt anwendbar. Auch wenn die Schweißung in Teilstücken erfolgt, wie in Fig.6 dargestellt, läßt sich das Verfahren durch vorherige Festlegung der Lage der X-Achse auf einen Endpunkt a der Hin- und Herbewegung anwenden.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines Ablaufdiagramms für den durchgeführten Steuervorgang, wenn die Steuerung der Schweißgeschwindigkeit durch einen Mikrocomputer gemäß Gleichung (6) erfolgt. Bei Schritt 1 wird zunächst eine gewünschte Schweißraupenhöhe h, ein Ausgangswert Vo der Schweißgeschwindigkeit und ein Vorgabewert Vfo der Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts eingegeben und gespeichert. Im Schritt 2 wird der Wert von Ao = Vfo/Vo berechnet und gespeichert. Bei Schritt 3 wird die Schweißung eingeleitet. In diesem Fall erfolgt die erforderliche Steuerung der Hin- und Herbewegung in Abhängigkeit von den Bewegungsmechanismen und den Steuerschaltungen von Fig. 1-3. Nach Abschluß einer Schwingungsperiode bei Schritt 4 wird die sich" ergebende Schwingungsbreite Wwo in Schritt 5 gemessen. Nachdem die darauffolgende Schwingung

in gleicher Weise eingeleitet und bei Schritt 6 abgeschlossen wurde, wird in Schritt 7 die sich ergebende Schwingungsbreite Ww gemessen. Es ist zu beachten, daß die Schweißgeschwindigkeit bis zu diesem Zeitpunkt Vo beträgt. Sodann wird der Wert von (Ww - Wwo)h in Schritt 8 berechnet, woraufhin die geeignete Schweißgeschwindigkeit V gemäß Gleichung (6) in einem Schritt 9 berechnet wird. In einem Schritt 10 wird die geeignete Schweißgeschwindigkeit V zum ersten Mal verwendet, und die nächste Schwingungsperiode wird eingeleitet. Anschließend werden die Abläufe von Schritt 7 bis 10 wiederholt und die Schweißung dann in Schritt 11 abgeschlossen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.

10

15

20

Verfahren zur automatischen Steuerung der Höhe einer Schweißraupe unter Hin- und Herbewegung einer Schweißelektrode in Richtung der Breite innerhalb einer Schweißfuge von zwei miteinander zu verschweißenden Metallteilen, wobei in einem Steuervorgang der Abstand zwischen einem vorderen Ende der Elektrode und der Oberfläche eines Grundmetalls durch eine Einrichtung zum Antrieb der Schweißelektrode in axialer Richtung (Y-Achse) verändert wird, um einen vorbestimmten Schweißstrom oder eine vorbestimmte Lichtbogenspannung aufrechtzuerhalten und dadurch stets die Lichtbogenlänge konstant zu halten, und gleichzeitig die Elektrode in Richtung der Breite der Schweißfuge (X-Achse) bewegt und die Bewegungsrichtung in der X-Achse umgekehrt wird, wenn der Abstand einen vorbestimmten Wert erreicht, und sodann der Vorgang dergestalt wiederholt wird, daß der Lichtbogen am vorderen Ende der Elektrode veranlaßt wird, genau der Schweißfuge zu folgen, wenn er in Richtung der Breite innerhalb dieser Schweißfuge hin- und herbewegt wird, und wobei der Höhenabstand von der Oberfläche des Grundmetalls oder vom Grund der

Postscheckkonto: Karlsrehe 76979-754 Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen (BLZ 69470039) 146332

Schweißfuge zu jedem Endpunkt der Hin- und Herbewegung dauernd gleich gehalten wird, dadurch gekennzeichnet_f daß die Laufzeit von einem Endpunkt zum anderen Endpunkt der Hin- und Herbewegung als Periode festgelegt wird, daß die Breite Ww in Richtung der X-Achse der Hin- und Herbewegung während der Dauer der Periode gemessen wird, daß eine Schweißgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von der Breite Ww, eine gewünschte Schweißraüpenhöhe h, eine Schweißdraht-rZuführgeschwindigkeit Vf, die Fugenwinkel Θ und ein Abstand in Richtung der X-Achse AW zwischen dem vorderen Ende der Elektrode und einer Wand der Schweißfuge an einem Endpunkt der Hin- und Herbewegung festgelegt wird, daß diese Schweißgeschwindigkeit V während der folgenden Periode der Hin- und Herbewegung ausgeführt wird, und daß dieser Steuervorgang wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsfläche A des Schmelzguts in Ab-.hängigkeit von der Breite Ww der Hin- und Herbewegung in Richtung der X-Achse, der gewünschten Höhe der Schweißraupe h, dem Abstand Ah zwischen der Oberfläche einer Schweißraupe und einer Umkehrstellung der Hin- und Herbewegung, den Fugenwinkeln Θ und dem Abstand AW zwischen dem vorderen Ende der Elektrode und einer Wand der Schweißfuge an einem der Endpunkte der Hin- und Herbewegung in Richtung der X-Achse ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche A des Schmelzguts und von der Zuführgeschwindigkeit Vf'des Schweißdrahts bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Fugenwinkel dem anderen Fugenwinkel gleich ist, und daß diese Fugenwinkel im wesentlichen konstante Winkel bezüglich der Richtung der Schweißlinie sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Fugenwinkel vom anderen Fugenwinkel verschieden ist, und daß die Fugenwinkel im wesentlichen konstante Winkel bezüglich der Richtung der Schweißlinie sind. 5

6. Verfahren zur automatischen Steuerung der Höhe einer Schweißraupe unter Hin- und Herbewegung einer Schweißelektrode in Richtung der Breite innerhalb einer Schweißfuge von zwei miteinander zu verschweißenden Metallteilen, wobei in einem Steuervorgang der Abstand zwischen einem vorderen Ende der Elektrode und der Oberfläche eines Grundmetalls durch eine Einrichtung zum Antrieb der Schweißelektrode in axialer Richtung (Y-Achse) verändert wird, um einen vorbestimmten Schweißstrom oder eine vorbestimmte Lichtbogenspannung aufrechtzuerhalten und dadurch stets die Lichtbogenlänge konstant zu halten, und gleichzeitig die Elektrode in Richtung der Breite der Schweißfuge (X-Achse) bewegt und die Bewegungsrichtung in der X-Achse umgekehrt wird, wenn der Abstand einen vorbestimmten Wert erreicht, und sodann der Vorgang dergestalt wiederholt wird, daß der Lichtbogen am vorderen Ende der Elektrode veranlaßt wird, genau der Schweißfuge zu folgen, wenn er in Richtung der Breite innerhalb dieser Schweißfuge hin- und herbewegt wird, und wobei der Höhenabstand von der Oberfläche des Grundmetalls oder vom Grund der Schweißfuge zu jedem Endpunkt der Hin- und Herbewegung dauernd gleich gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite einer Hin- und Herbewegung Wwo im Verlauf einer vorangehenden Periode der Hin- und Herbewegung sowie die Breite einer Hin- und Herbewegung Ww während der gegenwärtigen Periode gemessen wird, daß eine Schweißgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von den Breiten Wwo und Ww der genannten Hin- und Herbewegungen, der gewünschten Höhe

der Schweißraupe h, der Zuführgeschwindigkeit Vfo des Schweißdrahts und dem ursprünglich eingestellten Wert Vo der Schweißgeschwindigkeit ermittelt wird, daß die Schweißgeschwindigkeit V im Verlauf der nachfolgenden Periode ausgeführt wird, und daß die Abläufe anschließend wiederholt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißgeschwindigkeit V mit Hilfe der folgenden Gleichung ermittelt wird.

V = - ^Vf °

Vo

(Ww - Wwo)h