DE69013849T2

DE69013849T2 - Verfahren zur automatischen Mehrlagenschweissung.

Info

Publication number: DE69013849T2
Application number: DE69013849T
Authority: DE
Inventors: Bengt Ekeloef; Peder Hansson
Original assignee: ESAB AB
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2010-09-08
Also published as: CA2025099A1; ES2065519T3; EP0423088A1; JPH0399778A; ATE113514T1; US5107093A; SE8902963L; CA2025099C; DE69013849D1; SE8902963D0; EP0423088B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur aütomatischen Mehrlagenschweißung einer von zwei Nahtoberflächen gebildeten Naht, bei dem die Kontur der Naht mit einem Sensor abgetastet wird, der Signale entsprechend der Form der Naht aussendet, welche Signale nach der Auswertung das Absetzen der Schweißraupen mittels einer fortlaufend vorgeschobenen Elektrode regulieren, die in zumindest drei Richtungen bewegbar ist, zu einem Schweißpunkt in der Naht mittels eines Lichtbogenschweißkopfes hingeführt wird und entlang der Naht relativ bewegt wird, wobei der Sensor vor dem Schweißkopf und an verschiedenen Abschnitten der Naht quer zur Naht hin und her geschwenkt wird und an den Abschnitten Koordinaten in zwei Richtungen, vorzugsweise in der vertikalen Richtung und der seitlichen Richtung der Naht, von Punkten auf der Kontur der Naht mißt, welche Punkte den Querschnitt der Naht definieren, die Fläche des Polygons, das durch die Koordinaten dieser während einer Schwenkbewegung gemessenen Punkte definiert ist, zur Bestimmung der Schweißparameter für jeden der Nahtabschnitte als eine Funktion der entsprechenden Polygonfläche berechnet wird, und diese Parameter dazu bestimmt sind, die Menge des in der Naht abzusetzenden Schweißmaterials pro Längeneinheit in einer Raupe, zu regulieren.
Beim Schweißen müssen die Schwankungen der Querschnittsfläche der Schweißnaht entlang der Naht berücksichtigt werden. Die Querschnittsfläche wird einerseits durch die Kontur der Naht bestimmt, und andererseits durch eine Linie, die die beiden Nahtränder verbindet. Der Querschnitt der Naht unter scheidet sich häufig von der idealen Form, z.B. einer V-Form, U-Form etc. In dem Fall von langen Nähten variiert gewöhnlich die Breite der Naht, und die Nahtränder sind häufig gegeneinander versetzt. Die Querschnittsfäche entlang der Naht ändert sich daher fortlaufend aufgrund der geometrischen Unvollkommenheiten der Naht, die in erster Linie aus produktionsbedingten Gründen entstehen, u. a. durch die Nahtvorbereitung. lnsbesondere beim automatischen Schweißen muß es möglich sein, diese Schwankungen des Nahtquerschnitts entlang der Naht aufzuzeichnen, so daß die Raupen mit einer ausgewählten Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit abgesetzt werden können, wodurch schließlich eine Naht entsteht, die gleichmäßig und bis zum gleichen Niveau gefüllt ist. Beim manuellen oder halbautomatischen Schweißen kann der Schweißer selbst die Schweißparameter verändern, z.B. die Schweißgeschwindigkeit, um somit Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht auszugleichen. Im Fall des automatischen Schweißens muß eine solche Anpassung des Schweißens an diese Schwankungen vollständig automatisch durchgeführt werden.
In der EP-B1-12.962 wird ein Verfahren der im Oberbegriff angegebene Art beschreiben. Auf der Basis der tatsächlichen, von einem Sensor abgetasteten Nahtbreite wird die Zahl der Schweißraupen, die längs zueinander abgesetzt werden sollen, automatisch gewählt, und der Übergang von einer Raupe zur nächsten wird gemäß eines speziellen Verfahrens durchgeführt. Jedoch werden während des Schweißens diejenigen Schwankungen im Querschnitt der Naht nicht berücksichtigt, die nicht nur von der Nahtbreite, sondern zu einem erheblichen Teil auch von dem Nahtversatz herrühren.
Bei einem anderen Vorschlag - US-A 4.608.481- wird die Naht mittels einer pendelnden Bewegung der Elektrode gefüllt, wobei die Form der Naht zur gleichen Zeit abgetastet wird, z.B. durch die Messung der Lichtbogenspannung während der Pendelbewegung an bestimmten jeweiligen Positionen des Schweißbrenners bezüglich des Werkstücks. Dieses Verfahren erfordert zusätzliche Anordnungen für die Pendelbewegung sowie eine gesonderte Steuereinrichtung für diese Bewegung.
Die Durchführung eines Mehrlagenschweißens bei automatischer Regulierung der Position eines Schweißbrenners und der Schweißbedingungen von der abschnittsweisen Form der Nut, die geschweißt werden soll, ist bereits aus JP-A- 61-67568 und JP-A-60-99485 vorbekannt. In diesem Fall wird jedoch der Abtastvorgang nur während eines Intervalls zwischen dem Absetzen von zwei Schweißraupen durchgeführt. Dies bedeutet, daß eine Anzahl von Messungen durchgeführt werden muß, so wie die Kontur entlang der Naht variiert, was eine Verzögerung des Schweißvorgangs hervorruft.
Ziel der Erfindung ist es, ein Mehrlagen-Schweißverfahren zu schaffen, bei dem der tatsächliche Nahtquerschnitt an verschiedenen Abschnitten der Naht als Basis zur Bestimmung eines Schweißparameters oder von Schweißparametern verwendet wird, die die Menge des Schweißmaterials beeinflussen, das pro Längeneinheit als eine Funktion des in Rede stehenden Nahtquerschnitts abzusetzen ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißparameter für das Absetzen der nachfolgenden Lage für jeden Nahtabschnitt eine Funktion einer restlichen Fläche sind, die für jeden Nahtabschnitt während des Absetzens der Raupe, die die im Entstehen befindliche Lage ergänzt, berechnet wird, und diese restliche Fläche die Differenz zwischen der berechneten Polygönfläche und der entsprechenden Querschnittsfläche der Raupe ist, deren Absetzen gerade stattfindet.
Aus praktischen Gründen wird die Kontur der Naht punktweise abgetastet. Die Position der Punkte ist durch Koordinaten definiert, vorzugsweise in der vertikalen und der seitlichen Richtung der Naht. Die Punkte werden zu Eckpunkten eines Polygons, dessen Fläche leicht berechnet werden kann. In dem Fall von einfachen Nahtformen mit ebenen Nahtflächen sind i. a. nur die Koordinaten einer kleinen Anzahl von Punkten zur Berechnung der Polygonfläche, die dem Nahtquerschnitt entspricht, erforderlich. Es ist vorstellbar, diese Koordinaten während einer halben Pendelbewegung des Sensors zu messen, z.B. durch Bewegung des Sensors von einem Nahtrand zu dem anderen, so daß der Sensor die Kontur der Naht zwischen den Nahträndern abtasten kann.
Der Sensor wird vorteilhafterweise synchron mit dem Schweißkopf bewegt, d.h. mit der Schweißgeschwindigkeit. Während seiner Pendelbewegung wird der Sensor daher entlang der Naht bewegt, und die Pendelbewegung und die Messung erfolgen innerhalb eines bestimmten Abschnitts der Naht. Aufgrund dieser Bewegung gehören die verschiedenen Punkte auf der Nahtkontur, die während des gleichen Arbeitsganges gemessen werden, zu verschiedenen Querschnitten der Naht. Die Oberfläche des berechneten Polygons wird daher eine Art Mittelwert für die variierende Querschniffsfläche in dem Nahtabschnitt.
Die Länge des abgetasteten Nahtabschnitts ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Geschwindigkeit der Pendelbewegung und der Schweißgeschwindigkeit. Je größer die Pendelgeschwindigkeit und je geringer die Schweißgeschwindigkeit ist, desto kleiner ist die Länge des abgetasteten Nahtabschnitts. Je kürzer der abgetastete Nahtabschnitt ist, desto kleiner sind die Schwankungen in der Querschnittsfläche innerhalb des Nahtabschnitts.
Es wurde gefunden, daß die oben beschriebene Meßmethode zur Bestimmung der Querschnittsfläche, die einen Mittelwert für einen bestimmten Nahtabschnitt darstellt, gänzlich ausreichend für ein zufriedenstellendes Schweißresultat bei einer automatischen Mehrlagenschweißung ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch vorstellbar, daß der Sensor eine Querschnittsfläche abtastet, ohne daß der Sensor synchron mit dem Schweißkopf bewegt wird. Hierdurch wird ein korrekter Wert für die Querschnittsfläche an einem bestimmten Punkt in der Naht erreicht. Die nächste Messung kann jedoch nur in der Naht weiter entfernt durchgeführt werden, da die fortlaufende Bewegung des Schweißkopfes berücksichtigt werden muß. Die einzelnen Messungen des Nahtquerschnitts müssen in diesem Fall als Basis für eine Mittelwertberechnung der Querschnittsfläche zwischen den verschiedenen Meßzeiten genommen werden, und das Ergebnis ist sehr ähnlich zu dem, das man erhält, wenn der Sensor sich synchron mit dem Schweißkopf bewegt.
Eine Berechnung der Polygonfläche, die der Querschnittsfläche entspricht, benötigt auch die Koordinaten eines Punktes auf jedem Nahtrand. Da ein direktes Abtasten der Position der Nahtränder mit einem Sensor sehr schwierig durchzuführen ist, mißt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Sensor eine Koordinate in vertikaler Richtung eines betreffenden Punktes auf jeder Oberseite der Naht, und eine Linie wird zwischen zwei Punkten auf jeder Nahtseite berechnet, wobei der Schnittpunkt der Linie mit der Fläche, die durch die Oberseite der Naht definiert ist, ein Punkt des Nahtrandes der entsprechenden Nahtseite bzw. ein Punkt des Polygons ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung pendelt der Sensor während des fortlaufenden Absetzens der zweiten Lage, wobei die erste Lage in der Naht zumindest eine Raupe aufweist, die mit einer bestimmten Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit abgesetzt wird, wobei diese Menge vorzugsweise für jeden Nahtabschnitt gleich ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die gesamte Naht abzutasten, bevor die Schweißparameter für die nächste Schweißraupe bestimmt werden. Allerdings sollten das Schweißen und das Abtasten der Naht gleichzeitig erfolgen, um die Gesamtzeit für die Schweißarbeit zu minimieren. Wenn die erste Schweißraupe, die normalerweise identisch mit der ersten Lage ist, abgesetzt wird und wenn der vor dem Schweißkopf angeordnete Sensor die Kontur der Naht abtastet, gibt es somit keine Meßwerte zur Bestimmung der Schweißparameter für diese erste Raupe. Die erste Raupe wird daher mit einer vorgegebenen Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit abgesetzt, wobei die Menge vorzugsweise entlang der gesamten Naht gleich ist. Es kann aus praktischen Gründen vorteilhaft sein, zu Beginn so viele Schweißraupen wie nötig zur Fertigstellung der ersten Lage mit einer bestimmten vorgegebenen Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit abzusetzen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß nur ein Schweißparameter für jeden Nahtabschnitt als eine Funktion der Polygonfläche bestimmt wird, nämlich entweder die Schweißgeschwindigkeit oder die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode. Vorzugsweise wird die Schweißgeschwindigkeit als Schweißparameter gewählt.
Gemäß der Erfindung ist es gleichfalls vorteilhaft, daß eine mittlere Schweißgeschwindigkeit für das Absetzen einer bestimmten Menge an Schweißmaterial bestimmt wird im Verhältnis zum Mittelwert der Polygonflächen der Nahtabschnitte, und daß die Schweißgeschwindigkeit für jeden Nahtabschniff als Funktion des Verhältnisses zwischen den Polygonflächen eines jeden Nahtabschnitts und dem mittleren Wert der Polygonflächen berechnet wird. Ein Wert der eine optimale bzw. nahezu optimale Schweißqualität ergibt, wird als Mittelwert der Schweißgeschwindigkeit gewählt.
Die Schweißgeschwindigkeit für die verschiedenen Nahtabschnitte wird hinsichtlich der Abweichung des Nahtabschnitts von diesem Mittelwert berechnet. In Fällen, bei denen beträchtliche Schwankungen in der Kontur der Naht auftreten, sind auch diese Abweichungen erheblich. Es ist somit gem. der Erfindung auch vorteilhaft, daß ein Warnsignal ausgelöst wird, wenn der Schweißparameter für irgendeinen Nahtabschnitt einen Wert aufweist, der außerhalb eines vorgegebenen Wertbereiches liegt der einen maximalen und minimalen Wert und auch den Mittelwert für die Schweißparameter einschließt. Das Warnsignal informiert den Operator, daß aufgrund der Form der Naht der Schweißparameter an einem oder mehreren Nahtabschnitten einen Wert aufweist, der bedeutet, daß das Schweißresultat nicht länger als akzeptabel betrachtet werden kann. Der Operator kann in den laufenden Schweißprozeß eingreifen und diesen Fehler durch eine Anzahl von Möglichkeiten korrigieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schweiß geschwindigkeit eine Funktion der restlichen Fläche, die für den Nahtabschnitt berechnet worden ist, und eine Funktion der Schweißgeschwindigkeiten, die für die beiden nebeneinanderliegenden Nahtabschnitte berechnet worden sind. Da nur eine Polygonfläche für jeden Nahtabschnitt berechnet wird, gibt es nur eine diskrete Folge von Werten der berechneten Schweißgeschwindigkeiten. Der Übergang zwischen diesen Schweißgeschwindigkeiten muß fortlaufend erfolgen. Für die erforderliche Änderung in der Geschwindigkeit wird eine passende Beschleunigung oder Verzögerung gewählt, wobei die Masse, deren Geschwindigkeit geändert werden soll, berücksichtigt werden muß.
Bei der automatischen Mehrlagenschweißung muß die Zahl der Raupen für jede Lage bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine zweite Raupe in die Naht entlang der ersten Raupe abgesetzt zur Ausbildung einer Zwischenlage, wenn der Mittelwert der Werte, die der Breite der Naht in den verschiedenen Nahtabschnitten auf dem Niveau dieser Zwischenlage entsprechen, größer ist als ein vorgegebener Wert. Die Zwischenlage bezieht sich hier auf alle Schweißlagen in der Naht, mit der Ausnahme der Wurzellage und der oberen Lage.
Es ist vorteilhaft, daß der Wert, der der Breite der Naht entspricht, gleich einem Produkt k b&sub1; ist, wobei kein Faktor zwischen 0,5 und 1,0 und b&sub1; die Breite der Naht an dem tatsächlichen Nahtgrund ist, und daß der gegebene Wert ein bestimmter Abstand in der seitlichen Richtung der Naht zwischen der Elektrodenspitze und der Nahtoberfläche ist. Die Nahtbreite wird durch den Sensor an jedem Nahtabschnitt durch die gemessenen Koordinaten bestimmt. Wie bereits oben beschrieben, liefert die eingesetzte Meßmethode für jeden Nahtabschnitt einen bestimmten Mittelwert für die Breitenabmessung, was in diesem Fall die Nahtbreite an dem tatsächlichen Nahtgrund ist. Das Einführen nur dieses Mittelwertes der Nahtbreite innerhalb eines jeden Nahtabschnitts beeinflußt in der Praxis nicht das erwünschte Ergebnis, einen Hinweis zu erhalten, wann zwei Raupen in der Naht abzusetzen sind. Der Faktor k ist hängt von der Form der Naht und den Schweißparametern ab und wird durch Testen bestimmt. Der Abstand zwischen der Elektrodenspitze und der Nahtoberfläche wird im Hinblick auf die gewünschte Eindringungszone in das Grundmaterial gewählt.
Die Füllung der Naht sollte auch im Falle eines Randversatzes gleichförmig sein. An der Nahtseite mit dem höheren Nahtrand muß eine größerere Menge an Schweißmaterial als an der anderen Nahtseite abgesetzt werden. Gemäß der Erfindung ist es vorteilfhaft, daß das Polygon, das durch die Koordinaten der Meßpunkte definiert worden ist, durch eine Mittellinie durch die Naht in ein erstes und ein zweites Subpolygon geteilt wird, die die Meßpunkte auf der jeweiligen Nahtseite und dem Nahtrand enthalten, und daß die Schweißparameter für die Schweißraupe, die an derjeweiligen Nahtseite abzusetzen ist, für die Nahtabschnitte als eine Funktion der entsprechenden Subpolygonfläche bestimmt werden. Die Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit für die beiden Schweißraupen ist somit an die tatsächliche Querschnittsfläche einer Naht mit einem variierenden Randversatz angepaßt.
Wie bereits oben beschrieben, ist das Absetzen von zwei Schweißraupen pro Lage nur als eine Funktion der Breite der Naht auf dem Niveau der Lage bestimmt. lm Gegensatz hierzu wird das Absetzen von drei oder mehr Raupen pro Lage als eine Funktion des Querschnitts der Lage bestimmt.
Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, daß zumindest drei Schweißraupen in einer Zwischenlage abzusetzen sind, wenn der Mittelwert eines für jeden Nahtabschnitt bestimmten Wertes der Querschnittsfläche der Zwischenlage größer als ein vorgegebener Wert ist, daß die Anzahl der Raupen in der Zwischenlage eine Funktion des Mittelwertes ist, und daß die Querschnittsfläche der dritten Raupe und wo zweckmäßig einer weiteren Raupe in dieser Lage eine Funktion der Querschnittsfläche der ersten beiden, an den Nahtseiten in dieser Lage abgesetzten Raupen ist. Der Wert der Querschnittsfläche der Zwischenlage in jedem Nahtabschnitt wird berechnet als eine Funktion der Breite der Zwischenlage und des Mittelwertes einer gemessenen Höhe h&sub1; der Raupe, die zuerst in dieser Zwischenlage und an der ersten Nahtseite mit einem bestimmten Abstand von der Nahtsejte abgesetzt wird, und einer berechneten Höhe h&sub2; der Raupe, die unmittelbar danach an der anderen Nahtseite abgesetzt wird, mit h&sub2; = (h&sub1; a&sub2;)/a&sub1;, wobei a&sub1; und a&sub2; die Querschnittsflächen der beiden abgesetzten Raupen sind.
Zur Bestimmung der Anzahl der Raupen ist es vorteilhaft, von einem berechneten Wert der Fläche der Zwischenlage auszugehen. Wenn alle Raupen schließlich in dieser Zwischenlage abgesetzt worden sind, weicht ihre tatsächliche Querschnittsfläche im allgemeinen ein wenig von dem berechneten theoretischen Wert ab.
Zur Berechnung des theoretischen Wertes wird die Höhe h&sub1; miffels eines Sensors bestimmt, wohingegen die Höhe h&sub2; berechnet wird, da der Sensor nicht in der Lage ist, die Höhe der zweiten Raupe vor dem Absetzen der dritten Raupe zu messen, wie im folgenden erläutert wird. Bei der Berechnung der Querschnittsfläche der Zwischenlage wird die Breitenabmessung vorteilhaft als eine Abmessung gewählt, die einen Mittelwert der Nahtbreite bei dieser Lage darstellt.
Aus praktischen Gründen wird der Wert der Fläche der Zwischenlagen auch vor dem Absetzen der vierten, fünften Raupe usw. in der Zwischenlage in der gleichen Weise wie oben beschrieben mit einem berechneten Wert h&sub2; berechnet, obgleich die tatsächliche Höhenabmessung h&sub2; vor dem Absetzen dieser Raupen bestimmt werden kann.
Um im Fall eines Randversatzes eine gleichmäßige Verteilung der Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit bei den drei oder mehr Raupen in der Lage zu erreichen, wird das durch die Koordinaten der Meßpunkte definierte Polygon durch eine Mittellinie durch die Naht in ein erstes und ein zweites Subpolygon geteilt, welche die Meßpunkte der jeweiligen Nahtseite und des Nahtrandes enthalten, und der Schweißparameter für die Schweißraupe, die an der einen Nahtseite bzw. der anderen Nahtseite abzusetzen ist, wird für jeden Nahtabschnitt als eine Funktion der entspechenden Subpolygonfläche und der Querschnittsfläche der zuletzt in der unterliegenen Lage abgesetzten Raupe bestimmt, wobei die Querschnittsflächen für die weiteren Raupen in der gleichen Zwischenlage durch Interpolation der beiden Raupen, die gegen die Nahtseiten abgesetzt werden, erhalten werden, und die entsprechenden Schweißgeschwindigkeiten sind umgekehrt proportional zu den Querschnittsflächen. In dem Fall einem Randversatzes ist die Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit in einem Nahtabschnitt unterschiedlich bei den beiden äußersten Raupen, die an der Nahtseite abgesetzt werden. Somit wird bei den Zwischenraupen eine Menge an Schweißmaterial abgesetzt, die durch Interpolation der beiden Mengen an Schweißmaterial, die an den Nahtseiten abgesetzt worden sind, erhalten wird. Die entsprechende Schweißgewindigkeit ist umgekehrt proportional zum Wert der Querschnittsfläche, die der Menge an Schweißmaterial entspricht. Auf diese Weise ist die Verteilung des abgesetzten Schweißmaterials in der gesamten Lage gleichförmig.
Bevor eine nachfolgende Lage abgesetzt wird, wird immer eine Kontrolle durchgeführt, um sich zu vergewissern, ob diese nachfolgende Lage eine obere Lage ist, mit der die Schweißung beendet ist. Gemäß der Erfindung ist es daher vorteilhaft, nach dem Absetzen einer Zwischenlage in der Naht und vor dem Absetzen der nächsten Lage den Quotienten aus dem Mittelwert der Polygonflächen der Nahtabschnitte des verbleibenden Nahtquerschnitts und dem Mittelwert der Querschnittsflächen der zuletzt abgesetzten Zwischenlage an allen Nahtabschnitten zu berechnen, wobei die oberen Raupen für eine obere Lage in die Naht auf dieser Zwischenlage dann abgesetzt werden, wenn der Quotient kleiner als ein vorgegebener Wert ist, vorzugsweise kleiner als 0,7, wobei die Anzahl der Raupen in der oberen Lage vorzugsweise um eins im Vergleich zu der Anzahl der zuletzt abgesetzten Zwischenlage erhöht wird. Nach Beendigung jeder Lage wird somit ein Vergleich des Wertes des erwähnten Quotienten mit einem vorgegebenen Wert durchgeführt, um zu ermittlen, ob die nächste Lage eine obere Lage sein wird.
Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel zeigt. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dieser Beschreibung.
Fig. 1a, 1b und 1c zeigen einen Schnitt durch eine ein wenig verformte V-förmige Naht zu verschiedenen Zeiten während des Schweißens.
Fig. 2a, 2b und 2c zeigen den Randversatz an einer Stumpfschweißverbindung bei zylindrischen Werkstücken.
Fig. 3a und 3b zeigen zwei Arten einer I-Nahtverbindung.
Fig. 4 zeigt diagrammartig einen Sensor zum Abtasten einer Nahtkontur.
Fig. 5 zeigt den gleichen Sensor von oben gesehen.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 5.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer U-förmigen Naht.
Fig. 6a zeigt einen Schnitt durch Fig. 6.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine V-förmige Naht.
Fig. 8 zeigt eine V-förmige Naht zur Klärung bestimmter Begriffe in der Beschreibung.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm von berechneten Schweißgeschwindigkeiten an verschiedenen Nahtabschnitten.
Fig. 10 zeigt eine korrekte V-förmige Naht im Fall des Absetzens einer Lage mit zwei Raupen.
Fig. 11 zeigt eine V-förmige Naht mit einem Randversatz im Fall des Absetzens einer Lage mit zwei Raupen.
Fig. 12 zeigt ein Diagramm mit berechneten Schweißgeschwindigkeiten für zwei Raupen, die in derselben Lage einer V-förmigen Naht mit einem Randversatz abgesetzt werden.
Fig. 13 zeigt eine korrekte V-förmige Naht im Fall des Absetzens einer Lage mit drei Raupen.
Fig. 14 zeigt eine V-förmige Naht mit einem Randversatz im Fall des Absetzens einer Lage mit drei Raupen.
Fig. 15 zeigt eine V-förmige Naht vor dem Absetzen einer oberen Lage.
Fig. 16 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur automatischen Mehrlagenschweißung.
Fig. 1 a zeigt einen Schnitt durch eine V-förmige Naht zwischen zwei Werkstücken 1a, 1b mit einem Spalt 2, Nahtseiten 3a, 3b und Nahträndern 4a, 4b, Wurzelseiten 5a, 5b und oberen Seiten 6a, 6b. Die Werkstücke 1a und 1b sind in der vertikalen Richtung im Hinblick auf die Nahtränder 4a, 4b leicht versetzt dargestellt. Die Querschnittsfläche A&sub0; der Naht ist durch die Nahtseiten 3a, 3b, den Spalt 2 und eine imaginäre Linie 7 zwischen den beiden Nahträndern 4a, 4b begrenzt. Die Fig. 1b zeigt die gleiche Naht mit einer Wurzelraupe 8. Die Querschnittsfläche der Naht ist nun kleiner und wird mit A&sub1; bezeichnet. In einigen Fällen ist das Eindringen der Raupe in das Basismaterial auf der Wurzelseite der Naht ist nicht befriedigend, und eine zusätzliche Wurzelraupe muß abgesetzt werden, was im allgemeinen auf der Unterseite der Naht nach der gesamten Schweißung der restlichen Naht durchgeführt wird. Hierbei ist es üblich, die Werkstücke umzudrehen, um die Schweißarbeit zu erleichtern. Die Frage bezüglich der Notwendigkeit einer zusätzlichen Wurzelraupe wird hier nicht diskutiert und bildet keinen Teil der Erfindung.
Die Wurzelraupe 8 wird entlang der gesamten Naht mit festgelegten Schweißparametern abgesetzt. Hierbei sollte angemerkt werden, daß der Querschnitt der Naht entlang der Naht aufgrund von Herstellungstoleranzen schwankt, insbesondere hinsichtlich der Nahtbreite, des Randversatzes und Veränderungen in der Form während des Schweißens. Wenn die erste Raupe mit einer konstanten Schweißgeschwindigkeit vs und einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit ve der Schweißelektrode abgesetzt worden ist, ist der Querschnitt asn der abgesetzten Raupe entlang der gesamten Naht gleich, nämlich asn = (as ve)/vs, wobei ae die Querschnittsfläche der Schweißelektrode ist. Die Querschnittsfläche A&sub0; der Naht an der untersuchten Stelle vermindert sich zu A&sub1; = A&sub0; - as1 oder, allgemein formuliert, die Querschnittsfläche an einer Position n der Naht wird zu A1n = A0n - as1n. Wie bereits dargelegt, schwankt Aln entlang der gesamten Naht. Fig. 1c zeigt die gesamte Naht nach dem Absetzen von drei weiteren Raupen 9, 10, 11. Die verbleibende Querschnittsfläche wird zu A&sub4; = A&sub0; - (as1 + as2 + as3 + as4), wobei as2 bis as4 jeweils die Querschnittsfläche der zweiten bis zur vierten Raupe an der untersuchten Stelle ist. Allgemein formuliert: Ann = A0n - (as1n + ... as2n), d. h. die Querschnittsfläche Ann ist an der Stelle n der Naht die Differenz zwischen Aon und der Summe des Querschnitts der Raupen an dieser Stelle. Die Schweißgeschwindigkeit zum Absetzen der nachfolgenden Raupe ist eine Funktion des verbleibenden Querschnitts, der mit Schweißmaterial gefüllt werden muß. Falls der Querschnitt kleiner als ein mittlerer Wert ist, sollte die Schweißgeschwindigkeit größer sein, und umgekehrt. Eine gleichförmige Füllung der Naht wird auf diese Weise erreicht. In der Praxis ist eine exakte Bestimmung des Nahtquerschnitts nicht möglich. Zusätzlich sind die spezifizierten Werte für die Querschnittsfläche der Raupe nicht gänzlich zuverlässig, da die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode nicht konstant ist. Eine Summation dieser Querschnittsflächen kann somit zu einem Akkumulationsfehler führen.
Ein Randversatz tritt im allgemeinen beim Stumpfnahtschweißen von großen Rohren oder zylindrischen Behältern auf. Die Querschnitte der Rohr- oder Behälterteile, die zusammengeschweißt werden sollen, weichen in der Regel stets von einer runden Form ab und sind elliptisch oder oval. Beim Zusammenschweißen solcher Werkstücke ist es im allgemeinen nicht möglich, die Achsensysteme der elliptischen oder ovalen Querschnitte in Übereinstimmung zueinander zu bringen. Das Ergebnis ist ein Randversatz in der Naht, der sich entlang der gesamten Naht fortlaufend ändert. Fig. 2a zeigt, ein wenig übertrieben in der axialen Richtung, zwei zylindrische Werkstücke 12a, 12b mit einem elliptischen Querschnitt an der Stumpfnahtstelle. Der Randversatz entlang des Schnitts I-I (Fig. 2b) der beiden Werkstücke 12a, 12b ist entgegengesetzt zu dem entlang des Schnitts II-II (Fig. 2c). Wie ersichtlich ist, ändert sich der Randversatz fortlaufend entlang des Randes.
In den meisten Fällen wird nur eine Wurzelraupe im Nahtgrund abgesetzt, die die gesamte Breite der Naht ausfüllt. Dies gilt vor allem für V-förmige, U-förmige und ähnliche Nähte. Bei schmalen I-Nahtverbindungen, wie sie beim Schweißen mit schmalem Luftspalt verwendet werden, wird eine I-Nahtverbindung an derWurzelseite (Fig. 3a) geschaffen, z.B. mit einer Lippe 13, die einen schmalen Spalt 14 begrenzt. Bei einer anderen Ausführung ist die Naht als eine offene, I-Nahtverbindung vorbereitet (Fig. 3b), wobei ein Unterlegstreifen 15 als Schweißunterstützung dient und gegen die Unterseite der Naht geschweißt wird. Bei diesen Nähten werden zwei Grundraupen 16 und 17 nebeneinander gesetzt. Diese beiden Grundraupen werden mit einer vorgegebenen Schweißgeschwindigkeit geschweißt, und eine Berechnung der Schweißgeschwindigkeit auf der Basis der berechneten Querschnittsfläche in dem Nahtabschnitt beginnt erst mit dem Absetzen der zweiten Raupe, so daß auf diese Weise Informationen für die dritte Raupe erhalten werden.
Es ist vorteilhaft, die Kontur der Naht mit einem Sensor zu messen, der nach Punktkontakt mit der Nahtkontur Signale emittiert, die den Koordinaten dieser Punkte in der vertikalen und seitlichen Richtung der Naht entsprechen. Der in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellte Sensor ist mit einem Fühlerstab 19 mit einer kugelförmigen Spitze 20 ausgestattet. Der Fühlerstab ist in einer Säule 21 gehaltert, die in einem Gehäuse 22 drehbar ist. Die Säule ist mit einem Antriebsmotor 23 verbunden und kann ein wenig mehr als 180º gedreht werden, wie es durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, die die zwei Endstellungen 24a und 24b der Drehbewegung anzeigen Bei einer anderen möglichen Ausführungsform ist der Fühlerstab wesentlich länger und die Drehbewegung ist auf einen geringeren Schwenkwinkel beschränkt. Eine Führung 25 mit einer Zahnstange 26 ist an dem Gehäuse 22 befestigt, und ein Zahnrad 28 angetrieben von einem Motor 27, steht mit der Zahnstange 26 in Eingriff. Die Führung 25 ist in der vertikalen Richtung verschiebbar in einer Führungsnut 25 in einem Träger 30, der den Motor 27 abstützt. Der Träger ist fest mit einem Schweißbrenner 31 verbunden (hier nur schematisch angedeutet), der mit einem Vorschubmechanismus (hier nicht dargestellt) für eine Schweißelektrode 32 ausgestattet ist, deren Position mittels gestrichelter Linien angezeigt ist. Die Schweißrichtung wird durch einen Pfeil 32a dargestellt. Mehrere Raupen 34 sind bereits in der Naht 33 abgesetzt worden, und eine zusätzliche Raupe, die in Fig. 4 nicht sichtbar ist, wird mittels der Elektrode 32 abgesetzt.
Während des Schweißens tastet der Sensor die Kontur der Naht ab, d.h. die Seiten 35a, 35b und den Grund 36 der Naht. Zur Bestimmung eines bestimmten Punktes wird der Sensor 18 so weit abgesenkt, bis die Spitze 20 Kontakt mit dem Grund 36 der Naht hat, d.h. der Oberseite der abgesetzten Raupen 34 oder der Nahtseite 35a, 35b. Die Höhenkoordinate des Punktes wird mittels der Drehposition des Motors 27 abgetastet. Die Koordinate des Punktes in der seitlichen Richtung der Naht erhält man durch die Drehposition 19 des Fühlerstabes.
Eine U-förmige Naht 37, die in Fig. 6 perspektivisch dargestellt ist, ist teilweise mit einer ersten Raupe 38 gefüllt. Das Absetzen einer zweiten Raupe 39 mittels einer Elektrode 40 ist im Gange. Eine Anzahl von Punkten 41 auf dem Grund 42 und auf den Seiten 43a, 43b der Naht, deren Positionen mittels eines Sensors abgetastet werden, der hier nur mittels seines Fühlerstabes 44 dargestellt ist, sind durch a + markiert. Der Sensor beginnt eine Pendelbewegung am Grund 42 der Naht an einem Punkt 41a, bewegt sich dann zu einer Nahtseite 43a und bewege sich aufwärts entlang der letzteren und am Nahtrand 45a vorbei. An jedem Punkt wird die Bewegung des Sensors wie oben beschrieben zur Bestimmung der Koordinaten des Punktes wiederholt. Wenn der Sensor den Nahtrand 45a passiert hat, hat der Fühlerstab bei seiner Drehbewegung in der seitlichen Richtung nicht länger Kontakt mit dem Werkstück, und es kann keine Koordinate in der seitlichen Richtung bestimmt werden. Im Gegensatz hierzu wird eine Höhenkoordinate für einen Punkt 41y auf der Oberseite 46a abgetastet. Sobald diese Information verfügbar ist, kehrt der Sensor zu einer Ausgangsposition 41 b am Grund 42 der Naht zurück. Von dort wird das gesamte Meßverfahren auf dem Nahtgrund 42 und der anderen Nahtseite 43b (hier nicht gezeigt) einschließlich eines Punktes 41z auf der Oberseite 46b wiederholt, wonach der Sensor zu einer neuen Ausgangsposition 41c zurückgeführt wird. Während der Messung hat sich der Sensor entlang der Naht mit einer spezifischen und wo zweckmäßig mit einer veränderlichen Schweißgeschwindigkeit bewegt, und die abgetasteten Punkte liegen daher nicht in einer Ebene quer zur longitudinalen Richtung der Naht. Zwischen den Punkten 41a und 41c erstreckt sich ein Nahtabschnitt F1, innerhalb dessen der Sensor die oben beschriebenen Pendelbewegung ausgeführt hat.
Für eine so ausreichend wie mögliche Bestimmung des Querschnitts der Naht sind die Koordinaten von zumindest einem Punkt auf jedem Nahtrand erforderlich. Ein Abtasten der exakten Position des Nahtrandes mittels des Sensors ist schwierig durchzuführen. Es ist erheblich einfacher, diesen Punkt durch die Berechnung einer Linie 47 durch zwei Punkte 411, 412 zu bestimmen, die durch ihre Koordinaten in der Nähe des Nahtrandes 45a festgelegt sind. Der Schnittpunkt zwischen dieser Linie 47 und der Ebene, die durch die Oberseite 46a der Naht repräsentiert ist, ist ein Punkt 48a auf dem Nahtrand 45a. Die Berechnung der Koordinaten dieses Punktes ist einfach durchzuführen. Die Punkte 41&sub1; und 41&sub2; und der zugehörige Nahtrand 45a müssen in einer Ebene liegen. Einen Punkt 48b erhält man auf dem anderen Nahtrand 45b in gleicher Weise.
Die gemessenen Punkte enthalten nur die vertikalen und die seitlichen Koordinaten. Die Punkte können daher in eine Ebene, die durch die Koordinatenachsen definiert ist, gesetzt werden, und sie werden in dieser Ebene zu Eckpunkten eines Polygons 49 (Fig. 6a). Die Fig. 6a ist somit ein Schnitt durch alle Punkte 41 in dem Nahtabschnitt, zu dem die Punkte in die Koordinatenebene projiziert worden sind. Die Abweichung des Polygons von der geometrischen Form der Naht, hier ist es eine U-förmige Naht, ist im allgemeinen sehr klein. Durch Wahl einer ausreichend großen Zahl von Meßpunkten repräsentiert das Polygon 49 einen Mittelwert der Querschnittsfläche der Naht für den Gesamtbereich des abgetasteten Nahtabschnittes, wobei dieser Mittelwert zur Bestimmung der Schweißparameter ausreichend ist.
Wenn der Sensor seine Pendelbewegung quer zur Naht durchgeführt hat, beginnt die nächste Pendelbewegung vorteilhafterweise innerhalb eines Nahtabschnittes F2 von der Endposition 41c des Sensors. Es ist auch möglich, daß Pausen zwischen den Pendelbewegungen des Sensors auftreten, z.B. beim Abtasten solcher Nähte, die nur sehr kleine Schwankungen bezüglich des Nahtquerschnittes zwischen Nahtbereichen aufweisen.
Bei Nähten mit einer einfachen geometrischen Kontur mit ebenen Nahträndern, z.B. einer V-förmigen Naht (Fig. 7a), ist nur das Abtasten einer kleinen Anzahl an Punkten auf der Kontur der Naht erforderlich, da die Abweichungen der Naht von der idealen Form sich im allgemeinen nur auf die Breite der Naht und einen Randversatz beziehen.
Die Werkstücke 50a, 50b sind in einem geringen Maß gegeneinander in vertikaler Richtung versetzt. Die Nahtoberflächen 51a, 51b sind eben, und ihre Kontur kann einfach durch zwei Punkte pro Nahtseite bestimmt werden. Bevor die Schweißung beginnt, wird der Sensor über die Naht geschwenkt, um eine Startposition 52 ungefähr über der Mitte der Naht zu bestimmen. Von dieser Startposition beginnt der Sensor sämtliche Pendelbewegungen in Verbindung mit dem Abtasten der Naht. Hierbei sollte angemerkt werden, daß sich die Startposition entlang der Naht mit Schweißgeschwindigkeit bewegt.
Der Sensor wird von der Startposition zuerst zu einer Oberseite 53a bewegt und dann zu der anderen Oberseite 53b, und die Koordinaten der Punkte 54y, 54z auf der Oberseite werden bestimmt. Der Sensor wird danach zu einer Nahtseite 51b bewegt, und ein Punkt 54b wird in der Nähe des Nahtrandes 55b abgetastet, wonach der Sensor zur Wurzel der ungefüllten Naht bewegt wird. Aufgrund der kugelförmigen Spitze des Sensors ist es nur möglich, einen Meßwert eines Punktes 54r in der Umgebung der Wurzel zu erhalten. Ein schmaler Spalt 55 wird überhaupt nicht abgetastet. Daher ist es bei der Berechnung der Querschnittsfläche der Naht zweckmäßig, eine Ergänzung zu der berechneten Fläche vorzunehmen. Die Ergänzung sollte dem ungefähren Wert der Fläche, die der Sensor nicht abtasten kann, entsprechen. Die Koordinaten der verbleibenden Punkte können mit großer Genauigkeit bestimmt werden, da es möglich ist, die Form der Spitze in die Bestimmung der Position eines jeden Punktes mit einzubeziehen. Der Sensor wird dann von der Wurzel aufwärts entlang der anderen Nahtseite 51a bewegt, wo ein Punkt 54a gemessen wird von dem der Sensor zu seiner Startposition 52 zurückkehrt, die, wie oben angemerkt, sich inzwischen entlang der Naht mit einem gewissen Abstand in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit fortbewegt hat.
Die Punkte 54m, 54n auf den beiden Nahträndern werden durch Berechnung bestimmt, die in Verbindung mit Fig.7a beschrieben worden ist. Der Punkt 54m, 54n ist der Schnittpunkt zwischen der Linie, die durch die Punkte (54a, 54r; 54b, 54r) definiert ist, und der Ebene, die durch die Oberseite definiert ist.
Wenn die Naht mit mehreren Raupen 56 (Fig. 7b) gefüllt wird, wird die Nahtkontur in ähnlicher Weise wie bei der ungefüllten Naht abgetastet. Die Oberseite 57 des Schweißmaterials wird zumindest durch zwei Punkte 58a, 58b, die die Position des Raupenrandes auf der Nahtseite anzeigen, abgetastet - Da die Oberseite 57 des abgesetzten Schweißmaterials ungleichmäßig sein kann, kann es zweckmäßig sein, mehrere Punkte auf dieser Oberseite abzutasten.
Die eingeschlossene Fläche 59 der Naht 60 (Fig. 8) stellt im wesentlichen eine Polygonfläche Psn dar, wobei der erste Index sich auf die Querschnittsfläche, die in Verbindung mit dem Absetzen der Raupe s abgetastet wird, bezieht, und n sich auf den Nahtabschnitt n bezieht, wo das Abtasten durchgeführt worden ist. Daher bezieht sich z.B. P&sub1;&sub3; aufeinen Mittelwert des Querschnitts in dem dritten Nahtabschnitt, wenn die erste Raupe abgesetzt ist. Da das Abtasten der Naht vor dem Absetzen der Raupe stattfindet, bezieht sich auch P&sub1;&sub3; auf eine Polygonfläche ohne Raupe in der Naht.
Die erste Raupe wird mit einer konstanten Schweißgeschwindigkeit und einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit der Schweißelektrode abgesetzt. Die Querschnittsfläche der ersten Raupe hat daher in allen Nahtabschnftten eine identische Größe und ist hier mit aln bezeichnet, wobei der erste Index sich auf die Nummer der Raupe und der zweite Index sich auf die Nummer des Nahtabschnittes bezieht. Somit, wie bereits bei der ersten Raupe, gilt i.a.:
a&sub1;&sub1; = a&sub1;&sub2; ... = a1n.
Die entsprechenden Restquerschnittsflächen für die Bestimmung des Schweißparameters für die zweite Raupe sind daher in den verschiedenen Nahtabschnitten:
R&sub2;&sub1; = P&sub1;&sub1; - a&sub1;&sub1;, R&sub2;&sub2; = P&sub1;&sub2; - a&sub1;&sub2; ... R2n = P1n - a1n.
P&sub1;&sub1;, P&sub1;&sub2; ... P1n sind die gemessenen Polygonflächen, a&sub1;&sub1;, a&sub1;&sub2; ... a1n sind die Querschnittsfläche der ersten abgesetzten Raupe, die in Übereinstimmung mit dem im obigen angegebenen, aus der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode, der Querschnittsfläche der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit berechnet wird.
Von den so berechneten restlichen Flächen R2n wird ein Mittelwert R2m gebildet, für den ein entsprechender Schweißparameter bestimmt wird, der die Menge des abgesetzten Schweißmaterials pro Längeneinheit resultiert. Hierbei wird die Schweißgeschwindigkeit als veränderbarer Schweißparameter gewählt, während die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode während des gesamten Schweißprozesses konstant gehalten wird. Eine Schweißgeschwindigkeit v2m entspricht dem Mittelwert R2m. Beim Absetzen der zweiten Raupe wird die Schweißgeschwindigkeit V2n in dem jeweiligen Nahtabschnitt berechnet:
v2n/v2m = R2m/R2n.
Auf der Basis der verschiedenen Werte für Psn ist die Schweißgeschwindigkeit von einem Nahtabschnitt zum anderen unterschiedlich. In Fig. 9 ist die Schweißgeschwindigkeit als eine Funktion der Nahtabschnitte dargestellt. Der Mittelwert der Geschwindigkeit vsm wurde im Hinblick auf den Mittelwert Rsm der restlichen Flächen gewählt. Aus schweißtechnischen Gründen sollten die Schwankungen der Schweißgeschwindigkeit innerhalb bestimmter Grenzen verlaufen, die hier mit vmax und vmin bezeichnet sind. Die Berechnung wird in der Weise durchgeführt, daß ein Mittelwert für die Schweißgeschwindigkeit gewählt wird, so daß, falls es möglich ist, die Schweißgeschwindigkeiten für alle Nahtabschnitte gem. der obigen Formel berechnet innerhalb des durch vmax und vmin definierten Bereiches liegen. In Fig. 6 hat die Geschwindigkeit z.B. in dem Nahtabschnitt 3 einen Wert, der größer als Vmax ist. In solchen Fällen wird ein Signal ausgelöst, das z.B. den Operator vor dem Absetzen der Raupe darauf hinweist, daß die Schweißgeschwindigkeit an einem oder mehreren Nahtabschnitten einen zu hohen oder zu niedrigen Wert einnimmt. Eine Anzahl von Maßnahmen kann vorgenommen werden, um Abhilfe für dieses Problem zu schaffen. Zum Beispiel kann die Schweißgeschwindigkeit in diesen Nahtabschnitten auf den zulässigen oberen oder unteren Grenzwert beschränkt werden, da zu erwarten ist, daß eine Kompensation durch das Absetzen der nachfolgenden Raupe erreicht wird. Allerdings weisen große Unterschiede auf einen beträchtlichen Fehler bezüglich der Nahtvorbereitung hin, die in vielen Fällen einfach mittels eines manuellen Schweißvorgangs in dem betreffenden Nahtabschnitt korrigiert wird, wobei der automatische Schweißvorgang unterbrochen und nach dieser Nahtkorrektur wieder gestartet werden muß.
Auf der Basis der berechneten Geschwindigkeit für diese Nahtabschnitte sollte die Änderung von dem einen zu dem anderen Nahtabschnitt in Sprüngen durchgeführt werden, wie in Fig. 9 gezeigt. In der Praxis wird die Geschwindigkeit in der Weise reguliert, daß ein ungestörter Übergang von der einen zu der anderen Geschwindigkeit stattfindet, wobei erwünscht ist, daß der Mittelwert der Geschwindigkeit in jedem Nahtabschnitt gleich vns sein sollte. Der Unterschied zwischen den berechneten Geschwindigkeiten von zwei aneinander angrenzenden Nahtabschnitten ist im allgemein gering, und ein Übergang zwischen den Geschwindigkeiten, die an diesen Unterschied angepaßt sind, wird auch ausgewählt im Hinblick auf die Massen, die beschleunigt oder verzögert werden müssen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Länge der Nahtabschnitte im allgemeinen nicht gleich ist; Da der Sensor sich entlang der Naht mit einer veränderbaren Schweißgeschwindigkeit bewegt, ist die Strecke entlang der Naht, entlang dessen der Sensor seine Pendelbewegung ausführt, ebenfalls von ungleicher Länge.
Im Fall von Schweißnähten, bei denen die Schweißbreite von der Wurzel zur Oberseite zunimmt, muß die Zahl der Raupen pro Lage erhöht werden, je näher man an die Oberseite kommt. Bei einer V-förmigen Naht (Fig. 10) ist eine abgesetzte Raupe 61, 62 in der ersten und zweiten Lage gezeigt. Bei der dritten Lage ist die Nahtbreite so groß, daß zwei Raupen abgesetzt werden müssen, um die gesamte Lage auszufüllen.
Der Abstand der Spitze 63 der Elektrode von einer der Nahtseiten ist ein vorgegebener Wert S, wenn die an die Nahtseite anstoßende Raupe abgesetzt ist. Wenn der Abstand größer als der vorgegebene Wert ist, dann ist die Eindringung der Raupe in das Basismaterial gering.
Wenn die dritte Raupe 64 gegen die eine Nahtseite abgesetzt wird, wobei die Elektrode mit einem Abstand S von der Nahtseite enffernt ist, wird die Polygonfläche P3n simultan gemessen. Dies ergibt einen Wert für eine Breite b&sub1; zwischen den Raupenrändern 65, 66 der unterliegenden Raupe 62. Es wurde gefunden, daß nur eine Raupe pro Lage erforderlich ist, wenn k b&sub1; < S, wobei b&sub1; die oben erwähnte Nahtbreite am fraglichen Nahtgrund ist, d.h. die Oberseite der Raupe 62, bevor eine neue Lage abgesetzt wird, und k ist ein Faktor zwischen 0,5 und 1,0. Kleinere Werte für k werden in den Fällen von Nähten gewählt, wenn der Nahtwinkel in der fraglichen Lage klein ist, z.B. bei I-Nahtverbindungen. Zusätzlich wird die Wahl des Wertes k durch einen oder mehrere der Schweißparameter bestimmt, nämlich der Schweißspannung, des Schweißstromes, der Schweißgeschwindigkeit und der Elektrodengeschwindigkeit. Kleinere Werte für k ergeben eine größere Eindringung, und umgekehrt. Der Wert für k wird durch Testen ermittelt.
Bevor die Raupe 64 abgesetzt wird, werden die vom Sensor beim Absetzen der Raupe 62 abgetasteten Punkte der Nahtkontur als Basis zur Berechnung einer Polygonfläche P2n und einer entsprechenden restlichen Fläche R3n gemäß R3n = P2n - a2n verwendet, wobei a2n der Querschnitt der Raupe im Nahtabschnitt n ist. Die Polygonfläche P2n ist die Fläche 67, die durch die gestrichelten Linien eingefaßt ist.
Aus den berechneten restlichen Flächen für jeden Nahtabschnitt wird ein Mittelwert R3m berechnet, für den eine mittlere Geschwindigkeit v3m gewählt wird. Diese beiden Werte gelten für beide Raupen 64,68 in dieser Lage. Diese Mittelwerte werden daher mit Rpm und vpm bezeichnet, wobei der Index p die Nummer der Lage bezeichnet - hier die dritte Lage. Bevor die Raupe 64 abgesetzt wird, ist es nicht möglich festzustellen, ob eine zusätzliche Raupe in dieser Lage abgesetzt werden wird. Es ist daher vorteilhaft für die Berechnung der Schweißgeschwindigkeit für alle Raupen in der gleichen Lage von einem allgemeinen Mittelwert für die Lage auszugehen, nämlich Rpm und vpm. Die Schweißgeschwindigkeit für die Raupen in der Lage ist daher:
vpn = (vpm Rpm)/Rpn,
d.h., die Schweißgeschwindigkeit ist in jedem Nahtabschnitt für beide Raupen gleich. Der Wert von vpm wird wiederum im Hinblick auf die Streuung der verschiedenen Werte von vpn in den verschiedenen Nahtabschnitten gewählt, so daß soweit möglich kein Wert von Ypn außerhalb des Bereiches, der durch vmax und vmin definiert ist, liegt. Andernfalls wird ein Warnsignal ausgelöst.
In dem Fall von Nähten mit Randversatz führt die oben erwähnte Berechnung zu ungünstigen Ergebnissen, und die Berechnung der Schweißgeschwindigkeit muß daher durch einen Faktor ergänzt werden, der die Verteilung des Schweißmaterials in der Raupe berücksichtigt.
Um eine gleichförmige Verteilung des Schweißmaterials in solch einer Naht (Fig.11) zu erreichen, wird fürjeden Nahtabschnitteine Polygonfläche für die rechte und linke Hälfte der Naht berechnet. Eine Mittellinie 69, die die Polygonfläche in zwei Subpolygone teilt, ist vom Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen den Nahträndern zur Nahtmitte an der Wurzel gekennzeichnet. Das Ausmaß dieser Linie wird mit Hilfe der Koordinaten, die von dem Sensor abgetastet worden sind, berechnet.
Die Subpolygone D2n1 und D2n2, wobei D2n1 + D2n2 = P2n ist, schließen die Flächen 70,71 ein, die von den gestrichelten Linien eingefaßt sind. Die Subpolygone werden berechnet, wenn eine neue Lage - hier die dritte - abgesetzt werden soll. Die Fläche der Subpolygone verringert sich um die Hälfte der Querschnittsfläche a2n/2 der zuletzt abgesetzten zweiten Raupe 74, so daß zwei restliche Teilflächen erhalten werden:
R3n1 = D2nl - a2n/2
und
R3n2 = D2n2 - a2n/2.
Die beiden Subpolygone bilden den Ausgangspunkt für die Berechnung der Schweißgeschwindikgeit in dem Nahtabschnitt n der dritten Lage der Naht, die die beiden Schweißraupen 72,73 umfaßt.
Die Berechnung der Schweißgeschwindigkeit für die beiden Raupen, die gegen dIe Nahtseiten abgesetzt worden sind, geht aus von der oben erwähnten Berechnung von Rpm und einer entsprechenden Schweißgeschwindigkeit vpm für die beiden Raupen in der Lage. Im Hinblick auf den Randversatz, der sich durch die Ungleichheit Rpn1 = Rpn2 ausdrückt, wird die Schweißgeschwindig keit für die beiden Raupen nun im allgemeinen berechnet wie:
vpn1 = (vpm Rpm)/2 Rpn1, vpn2 = (vpm Rpm)/2 Rpn2,
oder gemäß Figur 11:
v3n1 = (v3m R3m)/2 R3n1, v3n2 = (v3m R3m)/2 R3n2.
Es sei darauf hingewiesen, daß der erste Index nach den unterstrichenen Bezeichnungen R und v sich auf die Nummer p der Lage bezieht, und die dann folgenden nicht unterstrichenen Bezugszeichen sich auf die Nummer s der Raupe beziehen.
Ein Diagramm (Fig 12) zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen den berechneten Schweißgeschwindigkeiten für zwei Raupen in einer Lage an verschiedenen Nahtabschnitten F sowie den Mittelwert vpm der Schweißgeschwindigkeit und die zugelassenen Grenzwerte vmax und vmin. Die berechneten Schweißgeschwindigkeiten in jedem Nahtabschnitt werden auf der einen Seite durch durchgezogene Linien v&sub1; für die eine Raupe und durch gestrichelte Linien v&sub2; für die zweite Raupe dargestellt. Die Raupe, die mit einer geringeren Geschwindigkeit abgesetzt wird, hat einen größeren Querschnitt und ist daher gegen die Nahtseite aufgetragen, deren Nahtrand höher gelegen ist. In den Nahtabschnitten 1 bis 3 ist v&sub1; > v&sub2;, und von dem Nahtabschnitt 4 an ist v&sub2; > v&sub1;, was anzeigt, daß der Randversatz von dem Nahtabschnitt 4 an entgegengesetzt ausgerichtet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die hier gezeigten Geschwindigkeiten berechnete Werte sind. Der Übergang zwischen den berechneten Geschwindigkeiten der Nahtabschnitte geschieht in der Praxis fortlaufend. Die notwendige Änderung in der Geschwindigkeit wird im Hinblick auf die Massen der Schweißapparatur und/oder der Werkstücke, die beschleunigt oder verzögert werden müssen, gewählt.
Als Ergebnis der obigen Bestimmung der Schweißgeschwindigkeit für die beiden Raupen wird die Naht trotz des auftretenden Randversatzes gleichförmig gefüllt.
In einer Naht (Fig. 13) wurden eine Raupe 74 und eine Raupe 75 und zwei Raupen 76,77 und 78,79 in der jeweiligen Lage abgesetzt. Zwei Raupen 80,81 sind schon in der fünften Lage abgesetzt worden. Die Querschnittsfläche der fünften Lage wird berechnet mit b&sub2; h, wobei b&sub2; ein Mittelwert der Breite der Naht auf dem Niveau der Raupen 80,81 ist und h = (h&sub1; + h&sub2;)/2 ist. Die Breite der Oberseite der von den Raupen 78,79 ausgebildeten Lage ist vom Sensor gemessen worden. Die Schräge der Nahtseite innerhalb der Lage, die abgesetzt wird, ist ebenfalls bekannt. Ein Mittelwert der Nahtbreite in jedem Nahtabschnitt kann daher berechnet werden. Wenn die Raupe 81 abgesetzt wird, wird die Polygonfläche P8n, die als geschlossene Fläche 82 dargestellt ist, abgetastet. Die Höhe h&sub1; der Raupe 80 wird mit Hilfe der Koordinaten bestimmt, die für die Bestimmung der Polygonfläche P8n und P7n verwendet wurden. P7n ist die Polygonfläche, die zur gleichen Zeit wie das Absetzen der Raupe 80 abgetastet wurde. Die Höhe h&sub1; wird durch diese Polygonflächen in einem bestimmten Abstand von der Nahtseite bestimmt. Der Abstand ist vorteilhafterweise gleich einem Abstand S, der der besagte Abstand der Spitze der Elektrode in seitlicher Richtung von der Nahtseite nach dem Absetzen einer an die Nahtseite angrenzenden Raupe ist. Eine Höhe h&sub2; der Raupe 82, die gegen die andere Nahtseite abgesetzt worden ist> kann nicht in gleicher Weise bestimmt werden, wenn nur drei Raupen in der Lage abgesetzt werden sollen. Die Bestimmung der Höhe h&sub2; erfordert Informationen über die Polygonfläche P9n, die nicht zur Verfügung stehen. Es wurde gefunden, daß eine Berechnung der Höhe h&sub2; gemäß der Formel h&sub2; = h&sub1; a8n/a7n ein befriedigendes Ergebnis für die Berechnung des Füllungsgrades ergibt. a7n und a8n sind die bekannten Querschnittsflächen der Raupen 80 und 81, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgesetzt worden sind.
In Fig. 13 sind die Verhältnisseso, daß die Zahl der Raupen in der Lage drei beträgt. Die Zahl der Raupen in der Lage wird vorteilhafterweise wie folgt berechnet:
Z = 2 b&sub2;h/(a7n + a8n).
In Fig. 13 liegt dieser Wert zwischen 2,5 und 3,5. Der Wert ist gerundet zu 3. Es kann vorteilhaft sein, die Zahl der Raupen auf einer gerundeten Berechnung anders als die normale anzusetzen: Z = H + d, wobei H die ganze Zahl und d die Dezimalstelle ist. Es kann vorteilhaft sein, (H+1)-Raupen schon bei d > 0,35 und nicht erst bei d > 0,5 zu wählen.
Die Querschnittsfläche der hier in der Lage angegebenen dritten Raupe 83 bzw. der insgesamt neunten Raupe in der Naht ist a9n. Vorteilhafter Weise ist a9n = (a7n + a8n)/2. Die entsprechende Schweißgeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zu a9n.
Beim Übergang von einer Lage mit drei oder mehr Raupen zu einer Lage mit einer zusätzlichen Raupe ist es möglich, die Höhe h&sub2; der gegen die andere Nahtseite abgesetzten Raupe aus den Daten über die Kontur der Naht zu bestimmen, die die Raupe, die gegen die andere Nahtseite abgesetzt worden ist, enthalten, und die man in Verbindung mit dem Absetzen der dritten Raupe in der gleichen Lage erhält. Aus praktischen Gründen wird jedoch die gleiche Berechnungsmethode wie beim Absetzen der dritten Raupe verwendet, d.h. die Höhe h&sub2; wird gem. der oben angegebenen Formel bestimmt.
Im Fall einer Naht mit einem Randversatz (Fig. 14) und mehreren Raupen pro Lage wird die Schweißgeschwindigkeit für die beiden Raupen 84 und 85, die an die Nahtseite in einer neuen Lage angrenzen, als eine Funktion jeder Subpolygonfläche bestimmt, die aus der Polygonfläche abgeleitet ist, die in Verbindung mit dem Absetzen der letzten Raupe 86 in der letzten Lage berechnet wurde. Die Polygonfläche wird durch eine Mittellinie 87 in zwei Hälften geteilt, die in Fig. 14 eine Fläche haben, die durch eine Linie 88, 89 eingeschlossen ist.
Falls die Zahl der Raupen in der letzten Lage eine ungerade Zahl ist - in diesem Fall drei - wird jede Subpolygonfläche um die Hälfte der Querschnittsfläche der zuletzt abgesetzten Raupe 86, die in solch einem Fall immer in der Nahtmitte abgelegt wird, reduziert, und die Geschwindigkeit für die Raupen 84, 85 ist umgekehrt proportional zu diesen restlichen Flächen.
Falls die Zahl der Raupen in der letzten Lage eine gerade Zahl ist, wird die Polygonfläche, in der der Hauptteil der letzten Raupe liegt, um die gesamte Querschnittsfläche dieser Raupe vermindert, um eine Restfläche zu erhalten, während die andere Subpolygonfläche nicht vermindert wird.
Falls die Zahl der Raupen gerade ist> so liegt die letzte Raupe in einem erheblichen Maße oder gänzlich innerhalb einer einzigen Subpolygonfläche. Die restlichen Flächen, die der Schweißgeschwindigkeit der beiden äußeren Raupen in der neuen Lage entsprechen, bestehen in einem Fall aus der gesamten Subpolygonfläche und im anderen Fall aus der Subpolygonfläche, die um die Querschnittsfläche des Querschnitts der letzten, in das Subpolygon fallenden Raupe vermindert ist.
Die beiden Möglichkeiten zur Berechnung der restlichen Teilflächen Rpn1 und Rpn2 zur Bestimmung der Schweißgeschwindigkeit sind die folgenden:
A) Eine ungerade Anzahl an Raupen wurde in der letzten Lage abgesetzt:
Psn = Psn1 + Psn2, Rpn = Psn - asn
Rpn1 = Psn1 - asn/2, Rpn2 = Psn2 - asn/2,
wobei s die Nummer der letzten Raupe und p die Nummer der neuen Lage ist.
B) Eine gerade Anzahl an Raupen wurde in der letzten Lage abgesetzt, und die letzte Raupe wurde z.B. in der anderen Subpolygonfläche abgesetzt.
Psn = Psn1 + Psn2, Rpn = Psn - asn
Rpn1 = Psn1, Rpn2 = Psn2 - asn.
Alle diese Werte der Flächen gem. A und B sind vor dem Absetzen der ersten Raupe in der neuen Lage vorhanden. Vor dem Absetzen der ersten Raupe in der neuen Lage wird ein Mittelwert Rpm von allen restlichen Flächen Rpn der Nahtabschnitte berechnet, und eine bestimmte Schweißgeschwindigkeit wird mit Rpm verbunden, wobei der Bereich berücksichtigt wird, in dem die Schweißgeschwindigkeit aller Nahtabschnitte zwischen vmax und vmin liegen soll.
Die Schweißgeschwindigkeit für die beiden äußersten Geschwindigkeiten in der neuen Lage ist dann
vpn1 = (vpm Rpm) /2Rpn1, vpn2 = (vpm Rpm)/2 Rpn2.
Die Querschnittsflächen, die vpn1 und vpn2 entsprechen, sind a&sub1; und a&sub2;.
Für die Raupen, die zwischen den äußeren Raupen abgesetzt werden sollen werden die Querschnittsflächen durch lineare Interpolation berechnet, und die entsprechenden Schweißgeschwindigkeiten sind umgekehrt proportional zu diesen Querschnittsflächen.
Wenn die Schweißung einer Lage beendet ist, wird eine Kontrolle durchgeführt, um sich zu vergewissern, ob die nächste Lage die oberste Lage sein soll, mit der der Schweißvorgang beendet ist. Der Mittelwert Rpm der restlichen Flächen Rpn der Nahtabschnitte, die durch die geschlossene Fläche 90 in Fig. 15 dargestellt ist, wird berechnet. Danach wird ein Quotient aus diesem Mittelwert Rpm und dem Mittelwert der Querschnittsflächen der zuletzt abgesetzten Zwischenlage in allen Nahtabschnitten berechnet. Solch eine Querschnittsfläche ist durch die kreuz-schraffierte Fläche 91 in Fig. 15 dargestellt. Wenn dieser Quotient kleiner als 0,7 ist, so ist die nächste Lage die obere Lage. Da die obere Lage auch die Nahtränder bedeckt, wird die Zahl der Raupen vorzugsweise um eins im Vergleich zu der unterliegenden Zwischenlage erhöht. Beim Absetzen der beiden äußeren Raupen 92,93 wird die Elektrodenspitze 94 in einem Abstand S&sub1; in der seitlichen Richtung von der Nahtoberfläche 95 bzw. ihrer gedachten Verlängerung oberhalb der Oberseite gehalten, wobei dieser Abstand kleiner als der oben erwähnte Abstand S ist, d.h. S&sub1; < S (Fig. 10). Der Abstand S hängt von der Nahtform ab und wird durch Testen bestimmt.
All die oben erwähnten Berechnungen werden mit einem Mikroprozessor 96 (Fig. 16) durchgeführt, der ein Teil der Schweißvorrichtung ist. Der mit einem Schweißbrenner 97 fest verbundene Sensor 98 sendet Signale, die den abgetasteten Punktkoordinaten entsprechen, zum Mikroprozessor 96, der auf der Basis dieser Informationen gem. einem Programm u.a. die Werte für die Schweißgeschwindigkeit in jedem Nahtabschnitt, die Zahl der Raupen pro Lage etc. berechnet. Die Ergebnisse werden in Signale umgewandelt, die zu der Versorgungseinheit 99 des Schweißbrenners und zum Schweißbrenner 97, der mit einem Vorschubmechanismus (hier nicht gezeigt) für die Schweißelektrode 100 ausgestattet ist, übertragen werden. Darüber hinaus wird die Position des Sensors und des Schweißbrenners im Verhältnis zur Naht fortlaufend kontrolliert, z.B. zur Bestimmung der Position der Nahtabschnitte, wenn das Abtasten der Koordinaten zur Berechnung der Polygonflächen vonstatten geht.
Wie im obigen dargelegt, führt der Sensor in jedem Nahtabschnitt ein umfassendes Meßprogramm zur Bestimmung der Kontur der Naht durch. Diese Meßwerte werden auch zur Führung des Schweißbrenners entlang der Naht verwendet.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Mehrlagenschweißung einer von zwei Nahtoberflächen gebildeten Naht (33;37), bei dem die Kontur der Naht während eines laufenden Schweißvorgangs durch einen Sensor (18;44) mechanisch abgetastet wird, der Signale entsprechend der Kontur der Naht aussendet, welche Signale nach der Auswertung das Absetzen der Schweißraupen mittels einer fortlaufend vorgeschobenen Elektrode (32;40) regulieren, die in zumindest drei Richtungen bewegbar ist, zu einem Schweißpunkt in der Naht von einem Lichtbogenschweißkopf (31) hingeführt wird und entlang der Naht relativ bewegt wird, wobei der Sensor vor dem Schweißkopf und an verschiedenen Abschnitten (F&sub1;, F&sub2;) der Naht quer zur Naht hin und her geschwenkt wird und an diesen Abschnitten Koordinaten in zwei Richtungen, vorzugsweise in der vertikalen Richtung und der seitlichen Richtung der Naht, von Punkten (41) auf der Kontur der Naht mißt, welche Punkte den Querschnitt der Naht definieren, die Fläche des Polygons, das durch die Koordinaten dieser während einer Schwenkbewegung gemessenen Punkte definiert ist, zur Bestimmung der Schweißparameter für jeden der Nahtabschnitte als Funktion der entsprechenden Polygonfläche berechnet wird, und diese Parameter dazu bestimmt sind die Menge des in der Naht abzusetzenden Schweißmaterials pro Längeneinheit in einer Raupe zu regulieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißparameter für die nachfolgende Lage für jeden Nahtabschnitt (F&sub1;, F&sub2;) eine Funktion der restlichen Fläche sind, die für jeden Nahtabschnitt während des Absetzens der Raupe, die die im Entstehen befindliche Lage ergänzt, berechnet wird, und diese restliche Fläche die Differenz zwischen der berechneten Polygonfläche und der entsprechenden Querschnittsfläche der Raupe ist, deren Absetzen gerade stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet> daß der Sensor während des laufenden Absetzens der zweiten Lage hin und her geschwenkt wird, wobei die zumindest eine Raupe umfassende erste Lage in der Naht mit einer bestimmten Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit abgesetzt wird, welche Menge vorzugsweise für jeden Nahtabschnitt gleich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensoreine Koordinate in derVertikalrichtung eines jeweiligen Punktes (41y;41z) auf jeder Oberseite (46a;46b) der Naht mißt, und eine Linie (47) zwischen den beiden Meßpunkten (411,412) aufjeder Nahtseite (43a) berechnet wird, wobei der Schnittpunkt der Linie mit der Ebene, die durch die Oberseite der Naht definiert ist, ein Punkt (48a;48b) des Nahtrandes (45a; 45b) der entsprechenden Nahtseite bzw. ein Punkt des Polygons ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein und derselbe Schweißparameter für jeden Nahtabschnitt als Funktion der Polygonfläche bestimmt wird, wobei der Schweißparameter vorzugsweise entweder die Schweißgeschwindigkeit oder die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißparameter die Schweißgeschwindigkeit ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Schweißgeschwindigkeit, die dem Mittelwert der Polygonflächen der Nahtabschnitte entspricht, für das Absetzen einer bestimmten Menge an Schweißmaterial pro Längeneinheit bestimmt wird, und daß die Schweißgeschwindigkeit für jeden Nahtabschnitt als eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Polygonfläche eines jeden Nahtabschnittes und dem Mittelwert der Polygonflächen berechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Warnsignal ausgelöst wird, wenn die Schweißgeschwindigkeit für irgendeinen Nahtabschnitt einen Wert hat, der außerhalb eines vorgegebenen Wertbereiches mit einem maximalen und einem minimalen Wert liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß die Schweißgeschwindigkeit eine Funktion der für jeden Nahtabschnitt berechneten verbleibenden Fläche und eine Funktion der Schweißgeschwindigkeiten ist, die für die zwei aneinander angrenzenden Nahtabschnitte in der selben Lage berechnet worden sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schweißraupe (68) in der Naht längs der ersten Raupe (64) abgesetzt wird, um eine Zwischenlage auszubilden, wenn der Mittelwert der Werte, die der Breite der Naht in den verschiedenen Nahtabschnitten entsprechen, auf dem Niveau der Zwischenlage größer als ein zuerst vorgegebener Wert ist.

10, Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert, der der Breite der Naht entspricht, gleich k b&sub1; ist, wobei k ein Faktor zwischen 0,5 und 1,0 und b&sub1; die Nahtbreite am Boden der fraglichen Naht ist, und daß der zuerst vorgegebene Wert ein bestimmter Abstand in der seitlichen Richtung der Naht zwischen der Elektrodenspitze (63) und der Nahtoberfläche ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Koordinaten der Meßpunkte definierte Polygon von einer Mittellinie (69) durch die Naht in ein erstes und ein zweites Subpolygon (70,71) geteilt wird, das die Meßpunkte der jeweiligen Nahtseite und des jeweiligen Nahtrandes umfaßt, und daß die Schweißparameter für die Schweißraupe, die an der jeweiligen Nahtseite abgesetzt wird, für die Nahtabschnitte als eine Funktion der entsprechenden Subpolygonfläche und der Querschnittsfläche der zuletzt abgesetzten Raupe (74) in der unterliegenden Lage bestimmt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß zumindest drei Raupen in einer Zwischenlage abgesetzt werden, wenn der Mittelwert eines für jeden Nahtabschnitt der Querschnittsfläche der Zwischenlage ermittelten Wertes größer als ein vorgegebener Wert ist, daß die Zahl der Raupen in der Zwischenlage eine Funktion des Mittelwertes ist, und daß die Querschnittsfläche der dritten Raupe und wo zweckmäßig einer weiteren Raupe in dieser Lage eine Funktion der Querschnittsfläche der ersten beiden Raupen (80,81) in dieser Lage ist, die an den Nahtseiten abgesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet> daß der ermittelte Wert der Querschnittsfläche der Zwischenlage in jedem Nahtabschnitt berechnet wird als eine Funktion der Breite (b&sub2;) der Zwischenlage und des Mittelwertes einer gemessenen Höhe h&sub1; der zuerst in dieser Lage und an der einen Nahtseite mit einem bestimmten Abstand (S) von der Nahtseite abgesetzten Raupe (80) und einer berechneten Höhe h&sub2; der unmittelbar danach an der anderen Nahtseite abgesetzten Raupe (81) mit h&sub2; = (h&sub2; a&sub2;)/a&sub1;, wobei a&sub1; und a&sub2; die entsprechenden Querschnittsflächen der beiden abgesetzten Raupen sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Zwischenlage b&sub2; h ist, wobei b&sub2; die Breite der Zwischenlage und h = (h&sub1; + h&sub2;)/2 ist, und daß die Zahl der Raupen pro Lage Z wie folgt berechnet wird:

Z = 2 b&sub2;h/(a&sub1; +a&sub2;),

wobei Z zur nächsten ganzen Zahl gerundet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Koordinaten der Meßpunkte definierte Polygon von einer Mittellinie (86) durch die Naht in ein erstes und ein zweites Subpolygon (87,88) geteilt wird, die die Meßpunkte der jeweiligen Nahtseite und des jeweiligen Nahtrandes enthalten, und daß die Schweißgeschwindigkeit für die Schweißraupe (83,84), die gegen die eine oder die andere Nahtseite abgesetzt wird, für jeden Nahtabschnitt als eine Funktion der entsprechenden Subpolygonfläche (87,88) und der Querschnittsfläche der zuletzt abgesetzten Raupe (85) in der unterliegenden Lage bestimmt wird, wobei die Querschnittsflächen der weiteren Raupen in der gleichen Zwischenlage durch Interpolation im Hinblick auf die Querschnittsflächen der beiden gegen die Nahtseiten abgesetzten Raupen erhalten werden, und die entsprechenden Schweißgeschwindigkeiten umgekehrt proportional zu den Querschnittsflächen sind.

16. Verfahren nach Anspruch 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Absetzen von zwei oder mehr Raupen pro Lage vor dem Absetzen der ersten Raupe in einer neuen Lage ein Mittelwert Rpm der restlichen Flächen Rpn der Nahtabschnitte berechnet wird, und eine spezifische Schweißgeschwindigkeit vpm, die der Querschnittsfläche apm des Schweißmaterials entspricht, auf die Resffläche Rpm bezogen wird, und die Schweißgeschwindigkeit vpn1, die einer Querschnittsfläche apn1 für die Raupe an der einen Nahtseite entspricht, und vpn2, die einer Querschnittsfläche apn2 für die Raupe an der anderen Nahtseite entspricht, als Funktionen der entsprechenden Restflächen, die eine Funktion der Subpolygonflächen und der Querschnittsfläche der zuletzt abgesetzten Raupe in der unterliegenden Lage Rpn1 bzw. Rpn2 sind, wie folgt bestimmt wird:

vpn1 = (vpm Rpm)/2 Rpn1 und vpn2 = (vpm Rpm)/2 Rpn2,

wobei die Querschnittsflächen für das Schweißmaterial für die Zwischenraupen durch Interpolation erhalten werden, und die entsprechenden Schweißgeschwindigkeiten umgekehrt proportional zu diesen Querschnittsfiächeb sind.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach Absetzen einer Zwischenlage in der Naht und vor dem Absetzen der nächsten Lage der Quotient aus dem Mittelwert der Restflächen der Nahtabschnitte des verbleibenden Nahtquerschnitts (89) und dem Mittelwert der Querschnittsflächen (90) der zuletzt abgesetzten Zwischenlage in allen Nahtabschnitten berechnet wird, und daß die oberen Raupen für eine obere Lage auf dieser Zwischenlage in der Naht dann abgesetzt werden, wenn der Quotient kleiner als ein vorgegebener Wert ist, vorzugsweise kleiner als 0,7, wobei die Anzahl der Raupen in der oberen Lage vorzugsweise um eins im Vergleich zu der Anzahl in der zuletzt abgesetzten Zwischenlage erhöht wird.