WO2009130131A1 - Schweisseinrichtung und schweissverfahren mit bewegtem lichtbogen - Google Patents

Schweisseinrichtung und schweissverfahren mit bewegtem lichtbogen Download PDF

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WO2009130131A1
WO2009130131A1 PCT/EP2009/054197 EP2009054197W WO2009130131A1 WO 2009130131 A1 WO2009130131 A1 WO 2009130131A1 EP 2009054197 W EP2009054197 W EP 2009054197W WO 2009130131 A1 WO2009130131 A1 WO 2009130131A1
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WO
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welding
workpieces
welding device
workpiece
distance
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/054197
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alan Macdonald
Walter GRÖGER
Rudolf Huber
Original Assignee
Kuka Systems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuka Systems Gmbh filed Critical Kuka Systems Gmbh
Priority to EP09734140.8A priority Critical patent/EP2296840B1/de
Publication of WO2009130131A1 publication Critical patent/WO2009130131A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/08—Arrangements or circuits for magnetic control of the arc

Definitions

  • the invention relates to a welding device having the features in the preamble of the method and device main claim.
  • Arc is e.g. from DE 36 15 011 Al or EP 0 003 590 Al known.
  • Such welding devices can have a controllable welding current source with a current regulation according to EP 0 092 642 A1.
  • the workpieces are first brought into current-conducting contact with their end faces by a positioning and compression device and then again distanced to a distance (s), the arc being ignited, which then heats and melts the end faces of the workpieces.
  • the position of the workpieces is kept constant.
  • the workpieces are brought together again in a compression stroke and welded at their molten end faces under pressure and shaping a Sch Strukturwulstes.
  • the previously known welding devices have been built with horizontal alignment of the workpieces to be welded. They are designed for workpieces with substantially the same wall thickness and from relatively equal melting materials, especially steel.
  • the wall thickness in practice was limited to e.g. about 7 mm. For welding dissimilar workpieces, these welding devices are less suitable. Afterglow is required to prevent hardening cracks.
  • the effect is not limited to e.g. about 7 mm.
  • GB 2 094 694 A teaches a welding device and a welding method in which the welding current and the gap between the workpiece edges are changed in fixed predetermined steps.
  • the gap is gradually increased after the arc is ignited in three or four steps at fixed times and by predetermined amounts, and kept constant again within the stage.
  • the current is kept constant during the heating phase to a predetermined value and increases in the last heating section abruptly, the constancy is canceled and the welding current is switched off shortly after the beginning of compression.
  • Gap width control the arc voltage is used.
  • the gap width control is intended to respond to thermal expansion of the workpieces with a continuous gap enlargement.
  • the welding current and the welding voltage should not be constant during heating.
  • Welding current source is correspondingly unregulated. This welding technique also requires uniform workpieces with uniform melting behavior.
  • the claimed welding technique has the advantage that it can also be used for problematic workpieces and workpiece pairings and leads to optimal and reproducible welding results.
  • workpieces with a different melting behavior can be joined and welded, e.g. consist of different materials and / or have different cross-sectional geometries or wall thicknesses. This is also a welding of metal casting, possibly in mating with another workpiece made of steel, possible.
  • the axial distance (s) between the workpieces when they are heated in a controlled or possibly regulated manner can be changed ( ⁇ s). This allows targeted the heating and
  • Be influenced melting process This can be done independently or in coordination with other process influences, e.g. a welding current control and / or a layer influencing for the arc done.
  • Short circuits due to drop formation of the melt on the workpieces can be avoided. This is particularly advantageous for workpieces made of low-melting materials, especially cast metal. Due to the heat energy introduced by the arc, it melts
  • the drop With a reduction of the energy input, for example by the increase in distance, the drop can be solidified again and applied, whereupon the distance increase can be reduced. These changes in distance can be integrated into a control process.
  • Workpiece alignment is advantageous in order to counter unfavorable effects of gravity on the melt.
  • these benefits come into play, with the workpieces or this material may be placed below.
  • workpieces of different wall thicknesses are welded, e.g. the thinner-walled workpiece melts faster, this can be arranged below. Due to the upright and lower arrangement of the faster melting workpiece whose geometry can be better preserved. The heat input can be more uniform and the formation of drops less.
  • a workpiece with poor or at higher temperature melting material have a thin wall thickness and are combined with a workpiece made of faster melting material and thicker wall thickness.
  • the workpieces have approximately the same melting behavior.
  • the workpiece of faster melting material can be placed below and with its joining side facing up. It is also a reversal of the arrangement possible. Further are
  • the three or more aligned workpieces weld in one operation weld in one operation.
  • an optimal arrangement may not be possible for all workpieces.
  • the resulting from the different melting behavior of the workpieces drop formation can be detected in the manner mentioned above and influenced and controlled by the control and possibly control of the distance (s) and possibly the welding current. This can also be a current control of the power source (25) come into play.
  • the movement behavior of the arc in the direction of rotation and / or transversely thereto by controlling a driving device, in particular a magnetic and / or induction device can be influenced.
  • the tracking position of the arc can thereby be changed and the thick-walled end face can be heated in a targeted manner, in particular uniformly over the thickness.
  • the control of the changes ⁇ s of the distance (s) can be made empirically and by means of trial welds.
  • the arc voltages are recorded, stored and analyzed. They can be used as a reference variable for controlling the distance (s) and the distance change ⁇ s.
  • a graphical editor of advantage which possibly also allows the assignment of upper and lower limits.
  • the graphical editor allows programming and control based on the empirically recorded process data, in particular the arc voltage, for a correct weld.
  • the Abhub or the change ⁇ s of the distance (s) may be constant or continuously variable. It is also a dynamic adjustment of the Abhub s to the heating and Anschmelzrea according to a process analysis possible.
  • the claimed welding technique ensures a more uniform heating of the workpieces on the facing end faces or welding surfaces. On the other hand, this allows a reduction of the degree of upsetting and Stauchwulst Guess. In this case, the upsetting path and / or the compression force can be reduced.
  • the claimed welding technology has a larger and more universal application than previously known constructions and methods and offers maximum flexibility.
  • the mentioned process advantages are also expressed in an increased efficiency of the welding device and the welding process.
  • Figure 2 a reduced perspective view of
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the weld between the workpieces
  • Figures 4 to 6 different diagrams for controlling the change in distance between the
  • Figure 7 a variant of the welding device with horizontal alignment of the workpieces.
  • the invention relates to a welding device (1) and a method for welding workpieces (3, 4) with at least one moving arc (8).
  • FIG. 1 to 3 show a first embodiment in the form of a vertical machine.
  • FIG. 7 diagrammatically shows a variant with a horizontal machine, the structural design of which can in principle be the same as in the first exemplary embodiment.
  • the workpieces (3,4) can be of any type and size. Preferably, these are hollow components, in particular tubes, which are welded at their mutually facing end faces (5, 6).
  • the workpieces (3,4) may have the same or different type and training. They may in particular consist of the same or different materials and have the same or different wall thicknesses in the training as hollow components. Furthermore, the
  • Cross sectional geometries should be the same or different.
  • the cross sections may have a circular, oval, prismatic or other weldable shape, preferably with a closed cross section.
  • the materials of the workpieces (3,4) are electrically conductive.
  • the workpieces (3,4) are formed differently. They consist of different ones
  • Materials e.g. the lower workpiece (4) shown in Figure 3 made of a metallic cast material, e.g. a cast steel or gray cast iron.
  • the upper workpiece (3) may be made of steel or another material.
  • the workpieces (3,4) are formed in the illustrated embodiment as cylindrical tubes with a circular cross section, wherein the lower workpiece (4) has a greater wall thickness in the end face region than the upper workpiece (3).
  • the left-hand workpiece (3) has a smaller wall thickness than the right-hand workpiece (4).
  • the workpieces (3,4) may consist of the same or different materials. Alternatively, here too a workpiece made of a cast material, copper, aluminum or the like. low-melting materials and the other workpiece made of steel. The workpiece made of the casting material or the like may have the larger wall thickness than the steel workpiece.
  • the arrangement can also be reversed.
  • the workpieces (3, 4) are axially aligned with each other for welding, for example, being aligned along the common central axis (24). They may alternatively be arranged offset in the context of the end face cover. In the one shown in Figures 1 to 3
  • the workpieces (3,4) are aligned substantially vertically. You can alternatively have an oblique orientation. Also, the horizontal orientation shown in Figure 7 is possible. In a vertical or oblique orientation, the faster melting workpiece (4) is preferably arranged below.
  • the end faces (5, 6) are heated by an arc (8) which runs along the circumference of the workpiece at the end faces (5, 6).
  • the workpieces (3, 4) are first brought into current-conducting contact for the purpose of igniting the arc, and then are distanced again and held at a distance (s) for heating the end faces (5, 6) with the arc (8).
  • By over the arc (8) introduced heat energy are the
  • the workpieces (3, 4) can show an identical or different melting behavior here.
  • the lower workpiece (4) melts faster.
  • the welding device (1) has a frame (14), two or more relatively movable
  • the welding device (1) also has a drive device (21) with which the arc (8) can be moved circumferentially along the circumference of the workpiece.
  • the welding device (1) further comprises means (16) for controlling and changing ⁇ s the distance (s) between the workpieces (3,4) when they are heated.
  • the welding device (1) also has means (28) for detecting and analyzing one or more
  • Process parameters in particular the arc voltage, and means (30) for controlling the welding process over the distance (s) and / or others
  • Process parameters in particular the welding voltage or the welding current.
  • the driving device (21) can be designed in any suitable manner, for example according to DE 36 15 011 A1, DE 37 13 418 A1 or EP 0 003 590 A1. It can consist of one or more parts. It is for example designed as a magnetic device which moves the arc (8) with electromagnetic forces.
  • the magnet device (21) is designed, for example, as a DC-operated magnet coil arrangement. It may have one or more outer coils (22) and / or inner coils (23). In Figure 3, both arrangements are shown by way of example in half section. Alternatively or additionally, an induction device may be present, which generates inductive fields with alternating current for influencing the arc run.
  • the driving device (21) is controllable and allows a locally and / or temporally variable influencing of the arc movement. It may have its own control or be connected to the controller (2).
  • the arc (8) may e.g. accelerated and / or changed in its trajectory, in particular be deflected transversely to the direction of rotation.
  • the electrical welding power source (25) schematically indicated in FIGS. 1 and 7 can be configured in any suitable manner. It can be connected to the workpieces (3,4) in a suitable and in Figure 7 indicated manner via lines.
  • the welding power source (25) can be controllable and have its own or in the control (2) integrated welding current control (26).
  • the welding current controller (26) can also have a device (27) for current regulation. This measures and regulates the constant output welding current by increasing or decreasing the welding voltage to an adjustable current standard value.
  • Such a controllable welding current source (25) with current regulation is also known as controllable
  • Constant current source called.
  • the welding current can be pulsed.
  • Power programs may also be used by the welding power controller (26).
  • the current default value can be set and changed via the current program. It can, for example, be changed in stages and kept constant within the stages. The current default value can also be changed in ramps or other curves.
  • the welding current controller (26) may also respond to changes in the welding process and match the welding current to the process requirements control, if necessary by resorting to a technology database.
  • the controller (26) of the welding power source (25) can also be the machine control (2) and also act on the other components of the welding device (1).
  • the welding device (1) is designed as a vertical machine with substantially vertically aligned workpieces (3,4).
  • the axis (24) is vertically aligned in the aforementioned manner.
  • it can be designed as a horizontal machine with a horizontal axis (24) in the manner shown schematically in FIG. 7 or have another design.
  • the upper and lower workpiece holder (9,10) are movably mounted and guided on the frame (14).
  • a mobility exists in particular in the direction of the axis (24), which is aligned vertically in the embodiment shown.
  • the workpieces (3,4) can be approximated and distanced from each other.
  • the workpiece holders (9,10) are for this purpose with a suitable movement member, e.g. a vertically guided carriage (18) and have a common
  • the one or more drives (19) may be formed in any suitable manner. They consist for example of hydraulic or pneumatic cylinders, an electromotive spindle drive or the like.
  • the drives (19) are controllable and are for this purpose connected to the controller (2) or the control device (16).
  • the workpiece holders (9,10) can be formed in any suitable manner. In the embodiment shown in Figure 1 to 3, they are arranged at the upper and lower end of the machine and each have a workpiece clamp (12) for one of the workpieces (3,4).
  • the lower workpiece clamp (12) can be arranged on a transverse yoke (13), which can be connected to a drive (19).
  • the upper workpiece (3) is held at its upper end by the workpiece clamp (12) and clamped at the lower end in a centering clamp (11) with exact alignment.
  • the center tensioner (11) can be arranged on a stationary transverse yoke. It may be connected to the coil assembly (21), e.g. according to Figure 1 on the lower yoke side, an outer coil (22) is arranged.
  • the workpieces (3,4) can be moved apart in a rest position in which a workpiece change and a re-clamping can take place.
  • the workpieces (3,4) are also moved to the working position, wherein they are brought to ignite the arc in contact and then distanced to the distance (s).
  • the workpiece holder (9, 10), the slide and the drive (s) (19) can be part of the positioning and compression device (15), which also has a suitable Has control or connected to the controller (2).
  • Control device (16) in this case has a lifting device (17) for moving at least one workpiece (3,4).
  • the change in distance ( ⁇ s) can be of any type and size. It can be continuous or discontinuous.
  • the gradient can be constant or non-uniform.
  • the control device (16) has a control part (20) for controlling the lifting device (17) and the distance changes.
  • the control part (20) has a computing unit with one or more memories for receiving programs, in particular control and regulating programs and other data, in particular process parameters, workpiece data and the like ..
  • the control part (20) also has one or more interfaces for input and Output of data and can be connected via this to suitable input and output devices.
  • the control part (20) can be arranged independently. It can also be integrated in the manner indicated in FIGS. 1 and 7 into the control (2) of the welding device (1) or assigned to it.
  • the control part (20) or the control (2) may have a device (28) for detecting and analyzing process parameters.
  • the arc voltage can be recorded, stored and analyzed by comparisons.
  • FIG. 7 shows this arrangement schematically.
  • the evaluation of the arc voltage can be done, for example, depending on the respective welding current. From the arc voltage and its course, in particular in view of the instantaneous welding current, the Analyze the process and in particular the melting behavior of the workpieces (3,4).
  • the control device (16) and in particular its control part (20) can be connected to the measuring device (31). In this way, the position and / or the path of at least one workpiece (3,4) can be detected during the welding process. About the position and distance measurement, the contact position of the workpieces (3,4) referenced at the beginning of the process and the travel or stroke of the lifting device (17) can be controlled.
  • the control part (20) controls the change in distance ( ⁇ s). It can also fix it. It can for this purpose a device (30) for process control based on recorded
  • Process parameters e.g. the arc voltage.
  • the welding current control (26) can be acted upon by the process control (30).
  • the control part (20) may have a graphical editor and a suitable display for the generation and display of control curves.
  • Process parameters are included during the welding process. This can e.g. the arc voltage, the distance (s) or the path or the position of the workpieces (3,4) or the workpiece holders (9,10), the field strength of the coil assembly (21) and / or other parameters.
  • the parameters can be recorded as a function of time and possibly also on the way or other specifications and get saved.
  • an actual value profile of the parameters, in particular of the distance (s) is determined and used as setpoint specification for the subsequent series operation.
  • parameter tolerances for the definition of upper and lower limit values or threshold values can also be determined, from which upper and lower limit lines or curves for the setpoint course can be derived for the subsequent series welding.
  • a technology database can also be stored in the control part (20). The graphical editor and its application may be designed and functioning in a manner similar to EP 0 950 938 A2.
  • the lifting device (17) can be designed and arranged independently.
  • the lifting device (17) can be designed and arranged independently.
  • Lifting device (17) at least one own drive (19) and acts on at least one workpiece holder (9,10), wherein the positioning and compression device (15) is optionally superimposed.
  • the lifting device (17) may alternatively be connected to the positioning and compression device (15) and may in particular be a component of this device (15).
  • the lifting device (17) may be an additional functionality of the positioning and compression device (15).
  • the stroke can be vertical, horizontal or inclined.
  • the lower temperature melting workpiece (4) is located at the bottom.
  • the workpieces (3, 4) are moved towards one another by the positioning and compressing device (15) and brought into contact with the end faces (5, 6). Subsequently they are under application of the
  • the lifting device (17) moves, in particular raises and / or lowers, e.g. the lower workpiece (4) relative to the upper workpiece (3) held relatively stationary during heating.
  • Distance increase .DELTA.s increases the arc voltage and possibly decreases the welding current, whereby the heat input to the end walls (5,6) can be reduced. This can lead to a cooling and application of the drop or drops (7).
  • the circulating arc (8) drives the drop (s) along its orbit.
  • the increased distance (s) can then be reduced again, whereby the heat input can increase. If a new drop formation occurs, the distance (s) can be increased again.
  • the work of the controller (16) and the change in distance can be combined with a change of one or more other process parameters.
  • the welding voltage can be tracked at an increase in distance in order to influence the energy input at the end faces (5, 6) in a suitable manner and, for example, to keep constant.
  • the said current programs can be traversed.
  • Figures 4 to 6 show in diagrams different variants of distance settings. The relative path of the workpieces (3,4) is shown over time.
  • the workpieces (3, 4) are first brought into contact and then, to ignite the arc, they are distanced a short distance to form the initial distance (s).
  • This process is referred to in the diagram as Abhub.
  • FIG. 4 shows the state of the art in which the distance (s) remains constant and the workpieces (3, 4) are only approximated to each other again for upsetting and are pressed together.
  • FIG. 5 shows a first embodiment according to the invention in which, after the initial lift (s) and the ignition of the electric arc (8), the distance (s) is further increased immediately or with a time delay to form ⁇ s.
  • this is a constant and constant change in distance ⁇ s.
  • one or more holding zones may be provided in which the distance (s) is kept constant for a time and the curve of (s) or ⁇ s has one or more stages.
  • a reversing or oscillating change in distance is shown with amplitudes increasing over time.
  • the initial distance (s) is first reduced a fraction ⁇ s and then increased again. Subsequently, a reduction takes place with a renewed magnification. This process may be repeated several times, with the amplitudes and the lower or outer peak of the distance (s) increasing over time. At the end, the usual upsetting process takes place again.
  • reversing or oscillating distance changes are made at substantially constant amplitude.
  • Design of the various machine components can be the same as in the first embodiment of Figure 1 to 3 with a correspondingly changed orientation and arrangement.
  • the melt at the workpiece edges (5, 6) tends to migrate by gravity down.
  • the burnup and the distance (s) at the top of the workpieces (3,4) by the outflow of the melt is greater than at the bottom. Accordingly, the length of the arc (8) burning between the molten bath surfaces or the workpiece edges (5, 6) is also different according to its vertical position.
  • the increasing melt thickness on the underside increases the risk of short circuits.
  • the energy input and the thermal expansion on the workpiece top are greater than below.
  • the elastic stresses or the thermal expansions can equalize after unclamping from the welding device. This can be largely compensated by a corresponding advance of the workpiece holders (9, 10) or their workpiece clamps.
  • the arc voltage can be detected and evaluated.
  • both the voltage levels, as well as the voltage amplitudes can be detected, which can happen depending on the resolution of the measuring device (29) per circulation or at least over a group of several rounds.
  • the voltage values can be set in relation to the current values. From the voltage curve can be seen whether the thickness of the
  • Molten bath (7 ') changes and in particular increases and whether it comes to molten bath contacts and short circuits.
  • the welding device (1) in particular the control part (20) and its process control (30), can be used to control or regulate the process in order to homogenize the melting behavior of the workpiece edges (5, 6) and a better and more uniform distribution of the melt baths (FIG. 7 ').
  • the distance (s) for example, can be changed and, in particular, increased. This increases the arc voltage.
  • the welding voltage and the welding current can be tracked via a corresponding tracking of the desired value in the current control (27).
  • the distance (s) is set process-related and may also change in melt distribution, reducing the melt thickness or the like. be reduced again.
  • the drive device (21) can be controlled to change the rotational speed of the electric arc (8).
  • This change and influence can be uniform or different over the circulation path of the arc (8).
  • the arc speed can be increased at the lower workpiece areas and in particular from the lowest workpiece location and in the upper
  • melts (7 ') are taken from the lower layer and transported in the arc running direction a piece up.
  • the melt (7 ') is distributed more uniformly at one or both workpiece edges (5, 6).
  • the welding current or the welding voltage can be significantly increased, for example tripled, whereby an increased melting takes place.
  • the distance (s) can be matched to the process, adapted to the melting behavior, and increased in size. From a material decline of the Arc voltage can also be concluded here on the degree of melting behavior and the associated heating of the component edges (5,6). From this it is possible to derive the process-favorable time for the start of compression.
  • the welding current during the heating of the components (3,4) after the ignition of the arc (8) can be kept constant until shortly before the beginning of the upsetting and up to the aforementioned sudden increase in current.
  • the process control can take place via the process-related setting of the distance (s).
  • the welding current can be changed during this heating phase. In particular, it can be reduced in a ramp until the aforementioned abrupt increase shortly before beginning of compression.
  • the current ramp may be proportional to the increase in distance or to the stroke ( ⁇ s) according to Figure 5 and 6 run.
  • the current can also oscillate and likewise change proportionally to the stroke ( ⁇ s). This can be done within the aforementioned power program.
  • the welding device (1) may have a different design and construction.
  • Both workpieces (3, 4) can be moved during compression and / or when setting and changing the distance (s).
  • the welding device (1) may be formed as a multi-head machine. This inserts, for example, in one operation three or more aligned workpieces (3,4) at two or more joints. It has, for example, on a common frame (14) two outer workpiece holders (9,10) together Positioning and compression devices (15) with common or separate power source (s) (25), drive means (21) and control means (16) and at least one intermediate workpiece holder for at least one middle workpiece.
  • the castings are welded to a steel part at the top and bottom, eg in an axle tube with two axle heads.
  • the lower casting results in a welding and melting technically favorable arrangement according to the
  • Melting processes at the two joints are adapted to each other and allow a substantially simultaneous joining with a compression stroke from above and below.
  • Another multi-head machine may have a plurality of the heads shown in Figures 1 and 2 side by side, which are separately controllable and have their own power sources or are connected to a common power source. Such a multi-head machine can operate alternately, with the set-up and processing times of the heads being superimposed on each other, and the power source being better and more evenly utilized.
  • a plurality of welding devices (1) of the type shown in FIGS. 1 and 2 can be arranged next to one another and connected to a common welding current source (25) and optionally to a common controller (2).
  • a common welding current source (25) and optionally to a common controller (2).
  • the driving device (21) may be designed differently and, for example, lead and drive the arc (8) with a laser beam or in another way.
  • other, especially solid, workpiece geometries are welded.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schweißeinrichtung (1) zum Schweißen von Werkstücken (3, 4) mit bewegtem Lichtbogen (8), wobei die Schweißeinrichtung (1) eine gesteuerte Schweißstromquelle (25) mit einer Stromregelung (27) und eine Positionier- und Staucheinrichtung (15) für die Werkstücke (3, 4) aufweist, welche die Werkstücke (3, 4) beim Erwärmen auf einem Abstand (s) hält und anschließend staucht. Die Schweißeinrichtung (1) weist eine Einrichtung (28) zur Erfassung und Analyse von Prozessparametern, insbesondere der Lichtbogenspannung, und eine Einrichtung (16) zur entsprechenden Steuerung und Veränderung (Δs) des Abstands (s) zwischen den Werkstücken (3, 4) beim Erwärmen auf. Die Schweißeinrichtung (1) kann ferner eine Treibeinrichtung (21) zum Bewegen des Lichtbogens (8) aufweisen, die als steuerbare Magneteinrichtung mit ein oder mehreren Innen- und/ oder Außenspulen (22, 23) zum elektromagnetischen Bewegen des Lichtbogens (S) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schweißen von Werkstücken (3, 4) mit bewegtem Lichtbogen (8), wobei die Werkstücke (3, 4) von einer Schweißeinrichtung (1) mit einer gesteuerten Schweißstromquelle (25) mit einem geregelten Schweißstrom beaufschlagt und mit einer Positionier- und Staucheinrichtung (15) beim Erwärmen auf einem Abstand (s) gehalten und anschließend gestaucht werden. Mit der Einrichtung (28) kann insbesondere die Lichtbogenspannung erfasst und analysiert werden, wobei beim Erwärmen der Abstand (s) zwischen den Werkstücken (3, 4) mit einer Einrichtung (16) entsprechend gesteuert und verändert (Δs) wird. In Abhängigkeit des oder der erfassten Prozessparameter können beim Erwärmen der Schweißstrom und/oder der Abstand (s) geregelt werden. Es können elektrisch leitende, insbesondere metallische Werkstücke (3, 4) aus unterschiedlichen, insbesondere unterschiedlich schmelzenden Materialien geschweißt werden.

Description

BESCHREIBUNG
SCHWEISSEINRICHTUNG UND SCHWEISSVERFAHREN MIT BEWEGTEM LICHTBOGEN
Die Erfindung betrifft eine Schweißeinrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs .
Eine solche Schweißeinrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen mit einem magnetisch bewegten
Lichtbogen ist z.B. aus der DE 36 15 011 Al oder der EP 0 003 590 Al bekannt. Derartige Schweißeinrichtungen können eine steuerbare Schweißstromquelle mit einer Stromregelung entsprechend der EP 0 092 642 Al aufweisen. Zum Schweißen werden die Werkstücke von einer Positionier- und Staucheinrichtung zunächst mit ihren Stirnseiten in stromleitenden Kontakt gebracht und dann wieder auf einen Abstand (s) distanziert, wobei der Lichtbogen gezündet wird, der anschließend die Stirnflächen der Werkstücke erwärmt und anschmilzt. Beim Erwärmen wird die Position der Werkstücke konstant gehalten. Am Ende werden die Werkstücke in einem Stauchhub wieder zusammengefahren und an ihren geschmolzenen Stirnseiten unter Druck und Ausformung eines Schweißwulstes verschweißt.
Die vorbekannten Schweißeinrichtungen sind mit horizontaler Ausrichtung der zu verschweißenden Werkstücke gebaut worden. Sie sind für Werkstücke mit im wesentlichen gleichen Wandstärken und aus relativ gleich schmelzenden Materialien, insbesondere Stahl, ausgelegt. Die Wandstärke war in der Praxis begrenzt auf z.B. ca. 7 mm. Für das Schweißen ungleichartiger Werkstücke sind diese Schweißeinrichtungen weniger geeignet. Zur Vermeidung von Härterissen sind Nachglühvorgänge erforderlich. Außerdem wirkt bei horizontaler Werkstückausrichtung die
Schwerkraft auf die Schmelze an den Werkstückstirnwänden ein und erfordert Ausgleichsmaßnahmen, um eine einigermaßen gleichmäßige Schmelzenverteilung sicherzustellen .
Die GB 2 094 694 A lehrt eine Schweißeinrichtung und ein Schweißverfahren, bei dem der Schweißstrom und der Spalt zwischen den Werkstückrändern in fest vorgegebenen Schritten verändert werden. Der Spalt wird nach dem Zünden des Lichtbogens in drei oder vier Schritten zu festgelegten Zeitpunkten und um festgelegte Maße stufenweise erhöht und innerhalb der Stufe wieder konstant gehalten. Auch der Strom wird während der Erwärmungsphase auf einem vorgegebenen Wert konstant gehalten und steigt im letzten Erwärmungsabschnitt sprunghaft an, wobei die Konstanz aufgehoben wird und der Schweißstrom kurz nach Stauchbeginn abgeschaltet wird. Mit diesen festen Strom- und Spaltvorgaben lassen sich nur einheitliche Werkstücke mit gleichem Schmelzverhalten ausreichend zuverlässig schweißen. Die festen Vorgaben erlauben keine prozessabhängige Steuerung von Werkstückspalt und Schweißstrom.
Die DE 199 01 081 Al befasst sich mit einer
Schweißeinrichtung und einem Schweißverfahren, bei dem die Spaltbreite zwischen den Werkstückrändern konstant gehalten werden soll, wobei als Parameter der
Spaltbreitenregelung die Lichtbogenspannung benutzt wird. Durch die Spaltbreitenregelung soll auf Wärmedehnungen der Werkstücke mit einer kontinuierlichen Spaltvergrößerung reagiert werden. Der Schweißstrom und die Schweißspannung sollen während der Erwärmung nicht konstant sein. Die
Schweißstromquelle ist entsprechend ungeregelt. Auch diese Schweißtechnik setzt einheitlich Werkstücke mit gleichmäßigem Schmelzverhalten voraus.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schweißtechnik mit bewegtem Lichtbogen aufzuzeigen . Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im
Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch.
Die beanspruchte Schweißtechnik hat den Vorteil, dass sie auch für problematische Werkstücke und Werkstückpaarungen eingesetzt werden kann und zu optimalen und reproduzierbaren Schweißergebnissen führt. Insbesondere können Werkstücke mit einem unterschiedlichen Schmelzverhalten gefügt und geschweißt werden, die z.B. aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder verschiedene Querschnittsgeometrien bzw. Wandstärken haben. Hierbei ist auch ein Schweißen von Metallguss, ggf. in der Paarung mit einem anderen Werkstück aus Stahl, möglich .
Mit der beanspruchten Schweißeinrichtung und dem zugehörigen Schweißverfahren kann der axiale Abstand (s) zwischen den Werkstücken bei deren Erwärmung in gesteuerter oder ggf. geregelter Weise verändert werden (Δs) . Hierdurch kann gezielt der Erwärmungs- und
Schmelzprozess beeinflusst werden. Dies kann unabhängig oder in Abstimmung mit anderen Prozessbeeinflussungen, z.B. einer Schweißstromregelung und/oder einer Lagenbeeinflussung für den Lichtbogen geschehen.
Kurzschlüsse durch Tropfenbildung der Schmelze an den Werkstücken können vermieden werden. Dies ist insbesondere für Werkstücke aus niedrigschmelzenden Materialien, speziell aus Metallguss, von Vorteil. Durch die vom Lichtbogen eingebrachte Wärmeenergie schmilzt dieses
Werkstück schneller auf und bildet an seiner Stirnfläche ein oder mehrere Tropfen. Durch eine Abstandsvergrößerung kann ein Kurzschluss über den Tropfen verhindert werden. Außerdem kann der Tropfen vom umlaufend wandernden Lichtbogen entlang der Lichtbogenbahn getrieben werden.
Bei einer Verringerung des Energieeintrags, z.B. durch die Abstandsvergrößerung, kann der Tropfen wieder verfestigt und angelegt werden, woraufhin die Abstandsvergrößerung reduziert werden kann. Diese Abstandsveränderungen können in einen Regelprozess eingebunden werden.
Eine vertikale oder schräge Maschinen- und
Werkstückausrichtung ist vorteilhaft, um ungünstigen Schwerkrafteinflüssen auf die Schmelze begegnen zu können. Insbesondere für niedrigschmelzende Materialien, z.B. Metallguss, kommen diese Vorteile zum Tragen, wobei das oder die Werkstücke aus diesem Material ggf. unten angeordnet werden. Wenn Werkstücke mit verschiedenen Wandstärken geschweißt werden, wobei z.B. das dünnwandigere Werkstück schneller aufschmilzt, kann dieses unten angeordnet werden. Durch die aufrechte und untere Anordnung des schneller schmelzenden Werkstücks kann dessen Geometrie besser erhalten bleiben. Der Wärmeeintrag kann gleichmäßiger und die Tropfenbildung geringer sein.
Es ist auch möglich, die Einflussfaktoren von Material und Wandstärke auf das Schmelzverhalten bei den Werkstücken aufeinander abzustimmen und ggf. anzugleichen. Hierbei kann z.B. ein Werkstück mit schlechter oder bei höherer Temperatur schmelzendem Material eine dünne Wandstärke aufweisen und mit einem Werkstück aus schneller schmelzendem Material und dafür dickerer Wandstärke kombiniert werden. Die Werkstücke haben dadurch in etwa das gleiche Schmelzverhalten. Das Werkstück aus schneller schmelzendem Material kann dabei unten angeordnet werden und mit seiner Fügeseite nach oben weisen. Es ist auch eine Umkehr der Anordnung möglich. Ferner sind
Mehrkopfmaschinen möglich, die drei oder mehr fluchtend angeordnete Werkstücke in einem Arbeitsgang verschweißen. In diesem Fall ist u.U. eine optimale Anordnung nicht bei allen Werkstücken möglich. Die aus dem unterschiedlichen Schmelzverhalten der Werkstücke resultierende Tropfenbildung kann in der eingangs erwähnten Weise erfasst und über die Steuerung und ggf. Regelung des Abstands (s) und ggf. des Schweißstroms beeinflusst und beherrscht werden. Hierbei kann außerdem eine Stromregelung der Stromquelle (25) zum Tragen kommen. Außerdem kann das Bewegungsverhalten des Lichtbogens in Umlaufrichtung und/oder quer dazu durch Steuerung einer Treibeinrichtung, insbesondere einer Magnet- und/oder Induktionseinrichtung, beeinflusst werden. Bei dickwandigeren Werkstücken kann hierdurch die Spurlage des Lichtbogens verändert und die dickwandigere Stirnfläche in gezielter Weise, insbesondere über die Dicke gleichmäßig, erwärmt werden.
Die Steuerung der Änderungen Δs des Abstands (s) kann empirisch und anhand von Probeschweißungen vorgenommen werden. Hierbei können z.B. die Lichtbogenspannungen aufgenommen, gespeichert und analysiert werden. Sie lassen sich als Referenzgröße zur Steuerung des Abstands (s) und der Abstandsänderung Δs heranziehen. Für die steuertechnische Umsetzung ist ein grafischer Editor von Vorteil, der ggf. auch die Zuordnung von Ober- und Untergrenzen ermöglicht. Der grafische Editor erlaubt eine Programmierung und Steuerung anhand der empirisch erfassten Prozessdaten, insbesondere der Lichtbogenspannung, für eine korrekte Schweißung.
Das Abhubverhalten bzw. die Änderung Δs des Abstands (s) kann konstant oder kontinuierlich veränderbar sein. Es ist auch eine dynamische Anpassung des Abhubverhaltens an den Erwärmungs- und Anschmelzprozess entsprechend einer Prozessanalyse möglich.
Mit der erfindungsgemäßen Schweiß- und Erwärmungstechnik können hinsichtlich Material und/oder Wandstärke kritische Werkstückpaarungen mit großer Sicherheit und Qualität geschweißt werden. Ferner können Werkstücke mit dickeren Wandstärken als bisher verschweißt werden. Es ist insgesamt eine bessere Schweißqualität erreichbar, wobei das Schweißverfahren und die Schweißeinrichtung sich auch mit Erfolg für gleichartige Werkstücke einsetzen lassen. Vorteilhaft ist außerdem, dass das bisher häufig erforderliche Nachglühen der gefügten Werkstücke nach dem Schweißen entfallen oder zumindest wesentlich reduziert werden kann.
Die beanspruchte Schweißtechnik sorgt für eine gleichmäßigere Erwärmung der Werkstücke an den einander zugekehrten Stirnflächen oder Schweißflächen. Dies erlaubt andererseits eine Reduzierung des Stauchgrades und der Stauchwulstbildung. Hierbei können der Stauchweg und/oder die Stauchkraft reduziert werden.
Die beanspruchte Schweißtechnik hat einen größeren und universelleren Einsatzbereich als vorbekannte Konstruktionen sowie Verfahren und bietet eine maximale Flexibilität. Die genannten Prozessvorteile äußern sich außerdem in einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der Schweißeinrichtung und des Schweißverfahrens.
in den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
Figur 1: eine perspektivische Ansicht einer Schweißeinrichtung ohne Werkstücke,
Figur 2: eine reduzierte perspektivische Ansicht der
Schweißeinrichtung von Figur 1 mit Werkstücken,
Figur 3: eine Prinzipdarstellung der Schweißstelle zwischen den Werkstücken,
Figur 4 bis 6: verschiedene Diagramme für eine Steuerung der Abstandsänderung zwischen den
Werkstücken und
Figur 7 : eine Variante der Schweißeinrichtung mit horizontaler Ausrichtung der Werkstücke.
Die Erfindung betrifft eine Schweißeinrichtung (1) und ein Verfahren zum Schweißen von Werkstücken (3,4) mit mindestens einem bewegten Lichtbogen (8) .
Die Schweißeinrichtung (1) kann unterschiedlich ausgebildet sein. Figur 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel in Form einer Vertikalmaschine. In Figur 7 ist eine Variante mit einer Horizontalmaschine schematisch dargestellt, deren konstruktive Ausgestaltung im Prinzip die gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel sein kann.
Die Werkstücke (3,4) können von beliebiger Art und Größe sein. Vorzugsweise handelt es sich um hohle Bauteile, insbesondere Rohre, die an ihren einander zugekehrten Stirnflächen (5,6) verschweißt werden. Die Werkstücke (3,4) können eine gleiche oder unterschiedliche Art und Ausbildung haben. Sie können insbesondere aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und in der Ausbildung als Hohlbauteile gleiche oder unterschiedliche Wandstärken haben. Ferner können die
Querschnittsgeometrien gleich oder unterschiedlich sein. Die Querschnitte können eine kreisrunde, ovale, prismatische oder sonstige schweißgeeignete Formgebung, vorzugsweise mit einem geschlossenen Querschnitt haben. Die Werkstoffe der Werkstücke (3,4) sind elektrisch leitfähig.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen von Figur 1 bis 3 und 7 sind die Werkstücke (3,4) unterschiedlich ausgebildet. Sie bestehen aus unterschiedlichen
Werkstoffen, wobei z.B. das in Figur 3 gezeigte untere Werkstück (4) aus einem metallischen Gussmaterial, z.B. einem Stahlguss oder Grauguss besteht. Das obere Werkstück (3) kann aus Stahl oder einem anderen Material bestehen. Die Werkstücke (3,4) sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als zylindrische Rohre mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet, wobei das untere Werkstück (4) eine größere Wandstärke im Stirnflächenbereich hat als das obere Werkstück (3) .
Bei der Variante von Figur 7 hat das linke Werkstück (3) eine kleinere Wandstärke als das rechte Werkstück (4) . Die Werkstücke (3,4) können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialen bestehen. Alternativ kann auch hier ein Werkstück aus einem Gussmaterial, Kupfer, Aluminium oder dgl . niedrig schmelzenden Materialien und das andere Werkstück aus Stahl bestehen. Das Werkstück aus dem Gussmaterial oder dgl. kann die größere Wandstärke als das stählerne Werkstück haben. Die Anordnung kann aber auch umgekehrt sein. Die Werkstücke (3,4) werden zum Schweißen axial zueinander ausgerichtet, wobei sie z.B. entlang der gemeinsamen Zentralachse (24) fluchtend angeordnet sind. Sie können alternativ im Rahmen der Stirnflächenüberdeckung versetzt angeordnet sein. In der in Figur 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsform sind die Werkstücke (3,4) im wesentlichen vertikal ausgerichtet. Sie können alternativ eine schräge Ausrichtung haben. Auch die in Figur 7 dargestellte horizontale Ausrichtung ist möglich. Bei einer vertikalen oder schrägen Ausrichtung wird bevorzugt das schneller schmelzende Werkstück (4) unten angeordnet.
Die Stirnflächen (5,6) werden durch einen Lichtbogen (8) erwärmt, der entlang des Werkstückumfangs an den Stirnflächen (5,6) umläuft. Die Werkstücke (3,4) werden zum Zünden des Lichtbogens zunächst in stromleitenden Kontakt gebracht und anschließend wieder distanziert und zum Erwärmen der Stirnflächen (5,6) mit dem Lichtbogen (8) auf einem Abstand (s) gehalten. Durch die über den Lichtbogen (8) eingebrachte Wärmeenergie werden die
Stirnflächen (5,6) aufgeschmolzen. Die Werkstücke (3,4) können hierbei ein gleiches oder unterschiedliches Schmelzverhalten zeigen. Im Ausführungsbeispiel von Figur 1 bis 3 schmilzt das untere Werkstück (4) schneller. Bei der Variante von Figur 7 kann z.B. das linke Werkstück (3) schneller schmelzen.
Sobald ein ausreichender Schmelzgrad erreicht ist, werden die Werkstücke (3,4) axial mit einem Stauchhub aufeinander zubewegt, in Kontakt gebracht und gegeneinander gedrückt. Hierbei findet eine Verschweißung der Werkstücke (3,4) an den aufgeschmolzenen Stirnwandbereichen (5,6) statt, wobei ein Teil der Schmelze ggf. radial nach innen und/oder außen gedrückt wird und einen Schweißwulst bildet, der ggf. anschließend entfernt wird. Die Schweißeinrichtung (1) weist ein Gestell (14), zwei oder mehr relativ zueinander bewegliche
Werkstückhalterungen (9,10) zur Aufnahme der Werkstücke (3,4), mindestens eine steuerbare (26) Schweißstromquelle (25), eine Steuerung (2) und eine Positionier- und
Staucheinrichtung (15) auf, mit der die eingespannten Werkstücke (3,4) positioniert und in der vorerwähnten Weise gestaucht werden können. Die Schweißeinrichtung (1) besitzt außerdem eine Treibeinrichtung (21), mit der der Lichtbogen (8) umlaufend am Werkstückumfang entlang bewegt werden kann.
Die Schweißeinrichtung (1) weist ferner eine Einrichtung (16) zur Steuerung und Veränderung Δs des Abstands (s) zwischen den Werkstücken (3,4) bei deren Erwärmung auf.
Die Schweißeinrichtung (1) besitzt auch eine Einrichtung (28) zur Erfassung und Analyse von einem oder mehreren
Prozessparametern, insbesondere der Lichtbogenspannung, und eine Einrichtung (30) zur Regelung des Schweißprozesses über den Abstand (s) und/oder andere
Prozessparameter, insbesondere die Schweißspannung oder den Schweißstrom.
Die Treibeinrichtung (21) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein, z.B. entsprechend der DE 36 15 011 Al, DE 37 13 418 Al oder EP 0 003 590 Al. Sie kann aus ein oder mehreren Teilen bestehen. Sie ist z.B. als Magneteinrichtung ausgebildet, welche den Lichtbogen (8) mit elektromagnetischen Kräften bewegt. Die Magneteinrichtung (21) ist z.B. als mit Gleichstrom betriebene Magnetspulenanordnung ausgebildet. Sie kann ein oder mehrere Außenspulen (22) und/oder Innenspulen (23) aufweisen. In Figur 3 sind beide Anordnungen beispielhaft im Halbschnitt dargestellt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Induktionseinrichtung vorhanden sein, die mit Wechselstrom induktive Felder zur Beeinflussung des Lichtbogenlaufs erzeugt.
Die Treibeinrichtung (21) ist steuerbar und erlaubt eine örtlich und/oder zeitlich variable Beeinflussung der Lichtbogenbewegung. Sie kann hierfür eine eigene Steuerung haben oder mit der Steuerung (2) verbunden sein. Der Lichtbogen (8) kann z.B. beschleunigt und/oder in seinem Bahnverlauf verändert, insbesondere quer zur Umlaufrichtung ausgelenkt werden.
Die in Figur 1 und 7 schematisch angedeutete elektrische Schweißstromquelle (25) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Sie kann mit den Werkstücken (3,4) in geeigneter und in Figur 7 angedeuteter Weise über Leitungen verbunden werden. Die Schweißstromquelle (25) kann steuerbar sein und eine eigene oder in die Steuerung (2) integrierte Schweißstromsteuerung (26) aufweisen. Die Schweißstromsteuerung (26) kann auch eine Einrichtung (27) zur Stromregelung aufweisen. Diese misst und regelt den konstant abgegebenen Schweißstrom durch Erhöhung oder Senkung der Schweißspannung auf einen einstellbaren Strom- Vorgabewert. Eine derartige steuerbare Schweißstromquelle (25) mit Stromregelung wird auch als steuerbare
Konstantstromquelle bezeichnet. Alternativ kann der Schweißstrom gepulst werden.
Von der Schweißstromsteuerung (26) können auch Stromprogramme verwendet werden. Der Strom-Vorgabewert kann über das Stromprogramm eingestellt und verändert werden. Er kann z.B. in Stufen verändert und innerhalb der Stufen konstant gehalten werden. Der Strom-Vorgabewert kann aber auch in Rampen oder anderen Kurven verändert werden. Ferner kann die Schweißstromsteuerung (26) auch auf Veränderungen im Schweißprozess reagieren und den Schweißstrom den Prozesserfordernissen entsprechend steuern, ggf. durch Rückgriff auf eine Technologie- Datenbank. Die Steuerung (26) der Schweißstromquelle (25) kann zugleich die Maschinensteuerung (2) sein und auch die anderen Komponenten der Schweißeinrichtung (1) beaufschlagen.
In der Ausführungsform von Figur 1 bis 3 ist die Schweißeinrichtung (1) als Vertikalmaschine mit im wesentlichen senkrecht ausgerichteten Werkstücken (3,4) ausgebildet. Die Achse (24) ist in der vorerwähnten Weise vertikal ausgerichtet. Sie kann alternativ in der in Figur 7 schematisch dargestellten Weise als Horizontalmaschine mit horizontaler Achse (24) ausgestaltet sein oder eine andere Ausbildung haben.
In der in Figur 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform sind die obere und die untere Werkstückhalterung (9,10) beweglich am Gestell (14) gelagert und geführt. Eine Beweglichkeit besteht insbesondere in Richtung der Achse (24), die im gezeigten Ausführungsbeispiel vertikal ausgerichtet ist. Hierdurch können die Werkstücke (3,4) einander angenähert und voneinander distanziert werden. Die Werkstückhalterungen (9,10) sind hierfür mit einem geeigneten Bewegungsorgan, z.B. einem vertikal geführten Schlitten (18) verbunden und haben eine gemeinsamen
Antrieb (19) oder getrennte Antriebe. Sie sind am Gestell (14) in geeigneter Weise über Schienen oder dgl . axial geführt .
Für die Erfassung der Werkstückbewegung kann eine in Figur 7 gezeigte Messeinrichtung (31), z.B. ein Weggeber am Antrieb (19) und/oder an mindestens einer
Werkstückhalterung (9,10) und/oder an anderer geeigneter Stelle der Schweißvorrichtung (1), angeordnet sein. Bei der Variante von Figur 1 bis 3 ist die nicht dargestellte Anordnung entsprechend anders. Der oder die Antriebe (19) können in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Sie bestehen z.B. aus hydraulischen oder pneumatischen Zylindern, einem elektromotorischen Spindelantrieb oder dgl .. Die Antriebe (19) sind steuerbar und sind hierzu mit der Steuerung (2) oder der Steuereinrichtung (16) verbunden.
Die Werkstückhalterungen (9,10) können in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. In dem in Figur 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sie am oberen und unteren Maschinenende angeordnet und weisen jeweils einen Werkstückspanner (12) für eines der Werkstücke (3,4) auf. Der untere Werkstückspanner (12) kann auf einem querliegenden Joch (13) angeordnet sein, welches mit einem Antrieb (19) verbunden sein kann.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das obere Werkstück (3) an seinem oberen Ende vom Werkstückspanner (12) gehalten und am unteren Ende in einen Zentrumspanner (11) mit exakter Ausrichtung eingespannt. Der Zentrumspanner (11) kann an einem stationären Querjoch angeordnet sein. Er kann mit der Spulenanordnung (21) verbunden sein, wobei z.B. gemäß Figur 1 an der Jochunterseite eine Außenspule (22) angeordnet ist.
Mit der Positionier- und Staucheinrichtung (15) können die Werkstücke (3,4) in eine Ruhestellung auseinander bewegt werden, in der ein Werkstückwechsel und ein Umspannen stattfinden kann. Mit der Positionier- und Staucheinrichtung (15) werden die Werkstücke (3,4) auch in die Arbeitsposition bewegt, wobei sie zum Zünden des Lichtbogens in Kontakt gebracht und anschließend auf den Abstand (s) distanziert werden. Mit der Einrichtung (15) wird nach der Erwärmung auch der Stauchhub ausgeführt. Die Werkstückhalter (9,10), die Schlitten und der oder die Antriebe (19) können Bestandteil der Positionier- und Staucheinrichtung (15) sein, die außerdem eine geeignete Steuerung aufweist oder mit der Steuerung (2) verbunden ist .
Mit der Steuereinrichtung (16) wird der Abstand (s) über einen Vertikalhub verändert (Δs) . Die
Steuerungseinrichtung (16) weist hierbei eine Hubeinrichtung (17) zum Bewegen von mindestens einem Werkstück (3,4) auf. Die Abstandsänderung (Δs) kann von beliebiger Art und Größe sein. Sie kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Der Gradient kann konstant oder ungleichmäßig sein.
Die Steuerungseinrichtung (16) weist ein Steuerteil (20) zum Steuern der Hubeinrichtung (17) und der Abstandsveränderungen auf. Das Steuerteil (20) besitzt eine Recheneinheit mit einem oder mehreren Speichern zur Aufnahme von Programmen, insbesondere Steuer- und Regelprogrammen sowie weiteren Daten, insbesondere Prozessparametern, Werkstückdaten und dgl .. Das Steuerteil (20) besitzt außerdem eine oder mehrere Schnittstellen zur Ein- und Ausgabe von Daten und kann hierüber an geeignete Eingabe- und Ausgabegeräte angeschlossen sein. Das Steuerteil (20) kann eigenständig angeordnet sein. Es kann auch in der in Figur 1 und 7 angedeuteten Weise in die Steuerung (2) der Schweißeinrichtung (1) integriert oder dieser zugeordnet sein.
Das Steuerteil (20) oder die Steuerung (2) kann eine Einrichtung (28) zur Erfassung und Analyse von Prozessparametern haben. Hierbei kann z.B. durch eine geeignete Messeinrichtung (29) die Lichtbogenspannung aufgenommen, gespeichert und durch Vergleiche analysiert werden. Figur 7 zeigt diese Anordnung schematisch. Die Auswertung der Lichtbogenspannung kann z.B. in Abhängigkeit vom jeweiligen Schweißstrom erfolgen. Aus der Lichtbogenspannung und deren Verlauf, insbesondere in Anbetracht des momentanen Schweißstroms, lässt sich der Prozess und insbesondere das Aufschmelzverhalten der Werkstücke (3,4) analysieren.
Die Steuerungseinrichtung (16) und insbesondere deren Steuerteil (20) kann mit der Messeinrichtung (31) verbunden sein. Hierdurch kann die Position und/oder der Weg von mindestens einem Werkstück (3,4) beim Schweißprozess erfasst werden. Über die Positions- und Wegmessung können die Kontaktposition der Werkstücke (3,4) zu Prozessbeginn referenziert und der Stellweg oder Hub der Hubeinrichtung (17) gesteuert werden.
Das Steuerteil (20) steuert die Abstandsänderung (Δs) . Es kann sie auch regeln. Es kann hierfür eine Einrichtung (30) zur Prozessregelung anhand aufgenommener
Prozessparameter, z.B. der Lichtbogenspannung, aufweisen. Über die erfasste Lichtbogenspannung und/oder einen anderen Prozessparameter können z.B. ungleichmäßige Erwärmungen und Schmelzzustände, insbesondere eine Tropfenbildung, an den Werkstücken (3,4) detektiert werden, wobei die Steuerungseinrichtung (16) den Abstand (s) und die Änderung (Δs) zur Stabilisierung des Prozesses und der Erwärmung entsprechend steuert oder regelt. Zusätzlich kann die Schweißstromsteuerung (26) von der Prozessregelung (30) beaufschlagt werden.
Das Steuerteil (20) kann einen grafischen Editor und eine geeignete Anzeige für die Erstellung und Anzeige von Steuer- oder Regelkurven besitzen. Anhand von Kalibrierschweißungen können ein oder mehrere
Prozessparameter während des Schweißprozesses aufgenommen werden. Dies können z.B. die Lichtbogenspannung, der Abstand (s) bzw. der Weg oder die Position der Werkstücke (3,4) oder der Werkstückhalterungen (9,10), die Feldstärke der Spulenanordnung (21) und/oder andere Parameter sein.
Die Parameter können in Abhängigkeit von der Zeit und ggf. auch vom Weg oder anderen Vorgaben aufgenommen und gespeichert werden. Anhand von Kalibrierschweißungen wird ein Istwert-Verlauf der Parameter, insbesondere des Abstands (s) , ermittelt und als Sollwertvorgabe für den späteren Serienbetrieb verwendet. Hierzu können auch Parametertoleranzen zur Definition von oberen und unteren Grenzwerten oder Schwellwerten ermittelt werden, aus denen für die spätere Serienschweißung obere und untere Grenzlinien oder -kurven für den Sollwertverlauf abgeleitet werden können. Im Steuerteil (20) kann auch eine Technologiedatenbank hinterlegt sein. Der grafische Editor und sein Einsatz können in ähnlicher Weise wie in der EP 0 950 938 A2 ausgebildet sein und funktionieren.
Die Hubeinrichtung (17) kann eigenständig ausgebildet und angeordnet sein. In dieser Ausführung hat die
Hubeinrichtung (17) mindestens einen eigenen Antrieb (19) und beaufschlagt mindestens einen Werkstückhalter (9,10), wobei die Positionier- und Staucheinrichtung (15) ggf. überlagert wird. Die Hubeinrichtung (17) kann alternativ mit der Positionier- und Staucheinrichtung (15) verbunden sein und kann insbesondere ein Bestandteil dieser Einrichtung (15) sein. Die Hubeinrichtung (17) kann eine zusätzliche Funktionalität der Positionier- und Staucheinrichtung (15) sein. Der Hub kann je nach Achsausrichtung vertikal, horizontal oder schräg erfolgen.
In der Ausführungsform von Figur 1 bis 3 ist das bei niedrigerer Temperatur schmelzende Werkstück (4) unten angeordnet. Es besteht z.B. aus einem Gussmaterial und kann auch eine größere Wandstärke als das obere Werkstück (3) aus Stahl haben. Zu Beginn des Schweißprozesses werden nach dem Einspannen die Werkstücke (3,4) von der Positionier- und Staucheinrichtung (15) aufeinander zubewegt und an den Stirnflächen (5,6) in Kontakt gebracht. Anschließend werden sie unter Anlegung der
Schweißspannung auf einen anfänglichen Abstand (s) von der Einrichtung (15) auseinander gefahren, wobei der Lichtbogen (8) gezündet wird und die Stirnflächen (5,6) zu erwärmen beginnt. Durch das unterschiedliche Schmelzverhalten schmilzt der Werkstoff an der unteren Stirnfläche schneller auf, wobei es zur Bildung von ein oder mehreren Tropfen (7) kommen kann. Wenn diese Tropfen (7) wachsen und zu groß werden, kann es zu einem Kurzschluss mit der gegenüberliegenden Stirnwand (5) kommen .
Mit der Steuereinrichtung (16) kann dies verhindert werden, indem bedarfsgerecht der Abstand (s) vergrößert (Δs) wird. Hierbei bewegt, insbesondere hebt und/oder senkt, die Hubeinrichtung (17) z.B. das untere Werkstück (4) gegenüber dem beim Erwärmen relativ ortsfest gehaltenen oberen Werkstück (3) . Durch die
Abstandsvergrößerung Δs steigt die Lichtbogenspannung und sinkt ggf. der Schweißstrom, wodurch auch der Wärmeeintrag an den Stirnwänden (5,6) verringert werden kann. Dies kann zu einem Erkalten und Anlegen des oder der Tropfen (7) führen. Außerdem treibt der umlaufende Lichtbogen (8) den oder die Tropfen entlang seiner Umlaufbahn.
Der vergrößerte Abstand (s) kann anschließend wieder verkleinert werden, wobei der Wärmeeintrag steigen kann. Wenn eine erneute Tropfenbildung entsteht, kann der Abstand (s) wieder vergrößert werden.
Die Arbeit der Steuereinrichtung (16) und die Abstandsänderung kann mit einer Veränderung von ein oder mehreren weiteren Prozessparametern kombiniert werden. Hierbei kann z.B. die Schweißspannung bei einer Abstandsvergrößerung nachgeführt werden, um den Energieeintrag an den Stirnflächen (5, 6) in geeigneter Weise zu beeinflussen und z.B. konstant zu halten. Hierbei können auch die besagten Stromprogramme abgefahren werden. Ferner ist es möglich, die Lichtbogenbewegung über die Treibeinrichtung (21) zu beeinflussen und den Lichtbogen (8) mit der gewünschten Kinematik und auf der gewünschten Bahn an ein oder beiden Stirnflächen (5,6) zu bewegen.
Figur 4 bis 6 zeigen in Diagrammen verschiedene Varianten von Abstandseinstellungen. Der relative Weg der Werkstücke (3,4) ist hierbei über der Zeit aufgezeigt.
In der Variante von Figur 4 werden die Werkstücke (3,4) zunächst in Kontakt gebracht und dann zum Zünden des Lichtbogens wieder ein kleines Stück unter Bildung des anfänglichen Abstands (s) distanziert. Dieser Vorgang wird im Diagramm als Abhub bezeichnet. Figur 4 gibt den Stand der Technik wieder, bei dem der Abstand (s) konstant bleibt und die Werkstücke (3,4) erst zum Stauchen wieder einander angenähert werden und zusammengepresst werden.
Figur 5 gibt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform wieder, in der nach dem anfänglichen Abhub (s) und dem Zünden des Lichtbogens (8) sofort oder mit einer zeitlichen Verzögerung der Abstand (s) unter Bildung von Δs weiter vergrößert wird. In Figur 5 ist dies eine stetige und konstante Abstandsänderung Δs . Alternativ können ein oder mehrere Haltezonen vorgesehen sein, in denen der Abstand (s) eine Zeitlang konstant gehalten wird und der Kurvenverlauf von (s) bzw. Δs eine oder mehrere Stufen aufweist.
In der Variante von Figur 6 ist eine reversierende oder oszillierende Abstandsänderung mit über der Zeit steigenden Amplituden dargestellt. Der anfängliche Abstand (s) wird zunächst ein Stück Δs reduziert und dann wieder vergrößert. Anschließend findet eine Reduzierung mit einer neuerlichen Vergrößerung statt. Dieser Vorgang kann sich mehrfach wiederholen, wobei die Amplituden und der untere oder äußere Scheitelwert des Abstands (s) über der Zeit größer werden. Am Schluss findet wieder der übliche Stauchvorgang statt. Alternativ können reversierende oder oszillierende Abstandsänderungen bei im wesentlichen gleich bleibender Amplitude vorgenommen werden.
Die in Figur 5 und 6 gezeigten Verläufe der Abstandsänderung Δs können entsprechend der
Prozesserfordernisse und der Werkstückpaarungen weiter variiert und auch miteinander kombiniert werden.
Die vorstehend angesprochene Horizontalmaschine ist in Figur 7 schematisch dargestellt. Die konstruktive
Ausgestaltung der verschiedenen Maschinenkomponenten kann mit entsprechend geänderter Ausrichtung und Anordnung die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel von Figur 1 bis 3 sein.
Bei horizontaler Ausrichtung der Werkstücke (3,4) neigt die Schmelze an den Werkstückrändern (5, 6) dazu, durch Schwerkraft nach unten zu wandern. Hierdurch ergibt sich der gestrichelt und schematisch dargestellte Verlauf des Schmelzbads (7'), wobei der axiale Abstand zwischen den Schmelzbadoberflächen und damit auch der axiale Abstand (s) der Werkstücke (3,4) sich in vertikaler Richtung verändert. Der Abbrand und der Abstand (s) ist an der Oberseite der Werkstücke (3,4) durch den Abfluss der Schmelze größer als an der Unterseite. Dementsprechend ist auch die Länge des zwischen den Schmelzbadoberflächen bzw. den Werkstückrändern (5,6) brennenden Lichtbogens (8) entsprechend seiner vertikalen Position unterschiedlich.
Die zunehmende Schmelzbaddicke an der Unterseite verstärkt die Kurzschlussgefahr. Andererseits ergibt sich eine über dem Frontquerschnitt und insbesondere in der Vertikalen veränderte Flächenpressung beim Stauchen. Sie ist wegen der schrägen Spaltbildung unten größer als der Werkstückoberseite. Außerdem sind der Energieeintrag und die Wärmedehnung an der Werkstückoberseite größer als unten. Die elastischen Spannungen bzw. die Wärmedehnungen können sich nach dem Ausspannen aus der Schweißeinrichtung ausgleichen. Die kann durch einen entsprechenden Vorhalt der Werkstückhalterungen (9,10) bzw. ihrer Werkstückspanner weitgehend kompensiert werden.
Beim Horizontalschweißen nimmt die aus Lorentz- Zentrifugal- und Schwerkraft resultierende und auf den Lichtbogen (8) wirkende Kraft im Lichtbogenlauf über dem Werkstückumfang stetig andere Werte an. Die Folge ist eine über den Umlauf veränderliche radiale Position und Geschwindigkeit des Lichtbogens. Dementsprechend ungleichmäßig erfolgen die Energieeinbringung und das Anschmelzen der Werkstückränder (5, 6) . Dies ist besonders bei größeren Wanddicken des in Figur 7 z.B. rechten Werkstücks (4) ausgeprägt. Auch bei Werkstücken aus niedrig schmelzendem Material, z.B. einem Gussmaterial, zeigt sich dieser Effekt. Wenn die Werkstücke (3,4) aus unterschiedlich schmelzenden Materialien bestehen, können sich auch unterschiedlich große und geformte Schmelzbäder (7 ' ) ergeben .
Durch die Erfassungseinrichtung (28) kann die Lichtbogenspannung erfasst und ausgewertet werden. Hierbei können sowohl die Spannungshöhen, wie auch die Spannungsamplituden erfasst werden, was je nach Auflösung der Messeinrichtung (29) pro Umlauf oder zumindest über eine Gruppe von mehreren Umläufen geschehen kann. Die Spannungswerte können hierbei in Beziehung zu den aktuellen Stromwerten gesetzt werden. Aus dem Spannungsverlauf ist erkennbar, ob die Dicke des
Schmelzbads (7') sich ändert und insbesondere anwächst und ob es zu Schmelzbadkontakten und zu Kurzschlüssen kommt. Mittels eines zeitlichen Vorgabefensters kann zwischen kurzzeitig zufälligen Kurzschlüssen und prozessbedingter Kurzschlussgefahr durch Tropfenbildung und Schmelzenanwachsung unterschieden werden. Über die Schweißeinrichtung (1), insbesondere das Steuerteil (20) und dessen Prozessregelung (30) kann steuernd oder regelnd in den Prozess eingegriffen werden, um eine Vergleichmäßigung des Anschmelzverhaltens der Werkstückränder (5, 6) und eine bessere und gleichmäßigere Verteilung der Schmelzbäder (7') zu erreichen. Bei prozessbedingter Kurzschlussgefahr kann z.B. der Abstand (s) verändert und insbesondere vergrößert werden. Hierdurch steigt die Lichtbogenspannung. Die Schweißspannung und der Schweißstrom können über eine entsprechende Nachführung des Soll-Werts in der Stromregelung (27) nachgeführt werden. Der Abstand (s) wird prozessbezogen eingestellt und kann auch bei Veränderung der Schmelzeverteilung, Verringerung der Schmelzendicke oder dgl . wieder verringert werden.
In einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Maßnahme kann die Treibeinrichtung (21) zur Veränderung der Umlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens (8) angesteuert werden. Diese Veränderung und Beeinflussung kann über den Umlaufweg des Lichtbogens (8) gleichmäßig oder unterschiedlich sein. Insbesondere kann die Lichtbogengeschwindigkeit an den unteren Werkstückbereichen und insbesondere ab der untersten Werkstückstelle erhöht und in den oberen
Werkstückbereichen reduziert werden. Hier werden die Schmelzen (7') aus der unteren Lage mitgenommen und in Lichtbogenlaufrichtung ein Stück nach oben transportiert. Die Schmelze (7') verteilt sich hierdurch an ein oder beiden Werkstückrändern (5,6) gleichmäßiger.
Am Ende des Erwärmungsvorgangs kann der Schweißstrom bzw. die Schweißspannung deutlich erhöht, z.B. verdreifacht werden, wodurch ein verstärktes Anschmelzen erfolgt. Zugleich kann der Abstand (s) prozessbezogen und auf das Schmelzverhalten abgestimmt, verändert und vergrößert werden. Aus einem tedenziellen Absinken der Lichtbogenspannung lässt sich hierbei auch auf den Grad des Schmelzverhaltens und die damit einhergehende Erwärmung der Bauteilränder (5,6) schließen. Hieraus lässt sich der prozessgünstige Zeitpunkt für den Stauchbeginn ableiten.
Von der Stromregelung (27) kann der Schweißstrom während der Erwärmung der Bauteile (3,4) nach dem Zünden des Lichtbogens (8) bis kurz vor Beginn des Stauchens und bis zum vorerwähnten sprunghaften Stromanstieg konstant gehalten werden. Die Prozessregelung kann hierbei über die prozessbezogene Einstellung des Abstands (s) erfolgen. Alternativ kann während dieser Erwärmungsphase der Schweißstrom verändert werden. Er kann insbesondere in einer Rampe reduziert werden bis zum vorgenannten sprunghaften Anstieg kurz vor Stauchbeginn. Die Stromrampe kann proportional zur Abstandsvergrößerung bzw. zum Hub (Δs) entsprechend Figur 5 und 6 verlaufen. Der Strom kann alternativ auch oszillieren und sich dabei ebenfalls proportional zum Hub (Δs) verändern. Dies kann innerhalb des vorerwähnten Stromprogramms geschehen.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Die Merkmale der verschiedenen beschriebenen Varianten können beliebig untereinander vertauscht und kombiniert werden. Ferner kann die Schweißeinrichtung (1) eine andere Ausbildung und Konstruktion aufweisen. Z.B. können beiden Werkstücke (3,4) beim Stauchen und/oder bei der Einstellung und Änderung des Abstands (s) bewegt werden.
In Abwandlung der Ausführungsform von Figur 1 und 2 kann die Schweißeinrichtung (1) als Mehrkopfmaschine ausgebildet sein. Diese fügt z.B. in einem Arbeitsgang drei oder mehr fluchtende Werkstücke (3,4) an zwei oder mehr Fügestellen. Sie hat z.B. an einem gemeinsamen Gestell (14) zwei äußere Werkstückhalterungen (9,10) nebst Positionier- und Staucheinrichtungen (15) mit gemeinsamer oder getrennten Stromquelle (n) (25), Treibeinrichtungen (21) sowie Steuereinrichtungen (16) und mindestens einen Zwischen-Werkstückhalter für mindestens ein mittleres Werkstück. Bei einer solchen Mehrkopfmaschine mit bevorzugter Vertikal- oder Schrägausrichtung werden z.B. die Gussteile oben und unten an ein Stahlteil geschweißt, z.B. bei einem Achsrohr mit zwei Achsköpfen. Für das untere Gussteil ergibt sich eine schweiß- und schmelztechnisch günstige Anordnung entsprechend der
Einkopfmaschine von Figur 1 und 2. Am oberen Gussteile sind die Verhältnisse u.U. ungünstiger, wobei den dortigen Prozessbedingungen durch eine eigenständige Steuerung oder Regelung des Abstands (s) bzw. Δs und der Prozessparameter Rechnung getragen werden kann. Außerdem können die
Aufschmelzprozesse an den beiden Fügestellen aneinander angepasst werden und ein im wesentlichen gleichzeitiges Fügen mit einem Stauchhub von oben und unten ermöglichen.
Eine andere Mehrkopfmaschine kann mehrere der in Figur 1 und 2 gezeigten Köpfe nebeneinander aufweisen, die getrennt voneinander steuerbar sind und eigene Stromquellen haben oder mit einer gemeinsamen Stromquelle verbunden sind. Eine solche Mehrkopfmaschine kann alternierend arbeiten, wobei die Rüst- und Prozesszeiten der Köpfe einander überlagert werden und die Stromquelle besser und gleichmäßiger ausgenutzt wird. In einer weiteren Abwandlung können mehrere Schweißeinrichtungen (1) der in Figur 1 und 2 gezeigten Art nebeneinander angeordnet und mit einer gemeinsamen Schweißstromquelle (25) und ggf. einer gemeinsamen Steuerung (2) verbunden sein. Ferner ist es möglich, die Werkstückhalterungen (9,10) mit einer Schwenkbewegung und einer entsprechenden Ausbildung von Führung und Antrieb zuzustellen. Auch die Treibeinrichtung (21) kann anders ausgebildet sein und z.B. den Lichtbogen (8) mit einem Laserstrahl oder auf andere Weise führen und treiben. Ferner können andere, insbesondere massive, Werkstückgeometrien geschweißt werden .
BEZUGS ZE ICHENLI STE
1 Schweißeinrichtung
2 Steuerung
3 Werkstück oben, links
4 Werkstück unten, rechts, Gussteil
5 Stirnfläche oben, links
6 Stirnfläche unten, rechts
7 Tropfen
7' Schmelzbad
8 Lichtbogen
9 Werkstückhalterung
10 Werkstückhalterung
11 Zentrumspanner
12 Werkstückspanner
13 Joch
14 Gestell
15 Positionier- und Staucheinrichtung
16 Steuereinrichtung
17 Hubeinrichtung
18 Schlitten
19 Antrieb
20 Steuerteil
21 Treibeinrichtung, Magneteinrichtung
22 Außenspule
23 Innenspule
24 Achse
25 Schweißstromquelle
26 SchweißStromsteuerung
27 Stromregelung
28 Erfassungseinrichtung für Werkstückverhalten
29 Messeinrichtung für Lichtbogenspannung
30 Regeleinrichtung
31 Messeinrichtung, Wegmessung
S Abstand
Δs Abstandsänderung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1.) Schweißeinrichtung zum Schweißen von Werkstücken (3,4) mit bewegtem Lichtbogen (8), wobei die Schweißeinrichtung (1) eine gesteuerte
Schweißstromquelle (25) mit einer Stromregelung (27) und eine Positionier- und Staucheinrichtung (15) für die Werkstücke (3,4) aufweist, welche die Werkstücke (3,4) beim Erwärmen auf einem Abstand (s) hält und anschließend staucht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schweißeinrichtung (1) eine Einrichtung (28) zur Erfassung und Analyse von Prozessparametern, insbesondere der Lichtbogenspannung, und eine Einrichtung (16) zur entsprechenden Steuerung und Veränderung (Δs) des Abstands (s) zwischen den Werkstücken (3,4) beim Erwärmen aufweist.
2.) Schweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die
Schweißeinrichtung (1) eine Treibeinrichtung (21) zum Bewegen des Lichtbogens (8) aufweist.
3.) Schweißeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Treibeinrichtung (21) als steuerbare Magneteinrichtung mit ein oder mehreren Innen- und/oder Außenspulen (22,23) zum elektromagnetischen Bewegen des Lichtbogens (8) ausgebildet ist.
4.) Schweißeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schweißeinrichtung (1) als Vertikalmaschine für eine vertikale oder schräge Anordnung der Werkstücke (3,4) ausgebildet ist.
5.) Schweißeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schweißeinrichtung (1) als Horizontalmaschine für eine horizontale Anordnung der Werkstücke (3,4) ausgebildet ist.
6.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuerungseinrichtung (16) eine Hubeinrichtung (17) zum Bewegen von mindestens einem Werkstück (3,4) aufweist .
7.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hubeinrichtung (17) mindestens eine bewegliche und geführte Werkstückhalterung (9,10) und mindestens einen steuerbaren Antrieb (19) aufweist.
8.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuerungseinrichtung (16) ein Steuerteil (20) aufweist, das mit der Einrichtung (28) zur Erfassung und Analyse von Prozessparametern, insbesondere der Lichtbogenspannung, verbunden ist.
9.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuerteil (20) eine Einrichtung (30) zur Prozessregelung aufweist.
10.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuerteil (20) mit der Schweißstromsteuerung (26) verbunden ist.
11.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Prozessregelung (30) den Abstand (s) und/oder den Schweißstrom in Abhängigkeit von dem oder den erfassten Prozessparameter (n) steuert oder regelt.
12.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuerteil (20) eine Recheneinheit mit ein oder mehreren Speichern für Programme und Daten und mit ein oder mehreren Schnittstellen sowie Geräten zur Ein- und Ausgabe von Daten aufweist.
13.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuerteil (20) einen graphischen Editor aufweist .
14.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuerteil (20) mit der Steuerung (2) verbunden ist .
15.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hubeinrichtung (17) eigenständig ausgebildet und angeordnet ist.
16.) Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hubeinrichtung (17) mit der Positionier- und Staucheinrichtung (15) verbunden ist.
17.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schweißeinrichtung (1) eine Messeinrichtung (31) für die Position und/oder den Weg von mindestens einem Werkstück (3,4) aufweist.
18.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung (31) mit der
Steuerungseinrichtung (16) verbunden ist.
19.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schweißeinrichtung (1) für elektrisch leitende, insbesondere metallische, Werkstücke (3,4) aus unterschiedlichen, insbesondere unterschiedlich schmelzenden, Materialien ausgelegt ist.
20.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schweißeinrichtung (1) für Werkstücke (3,4) mit unterschiedlichen Wandstärken ausgelegt ist.
21.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die untere Werkstückhalterung (10) für das Werkstück (4) mit der niedrigeren Schmelztemperatur und/oder der größeren Wandstärke vorgesehen ist.
22.) Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die untere Werkstückhalterung (10) für ein Werkstück (4) aus metallischem Gussmaterial und die obere Werkstückhalterung (9) für ein Werkstück (3) aus Stahl vorgesehen ist.
23.) Verfahren zum Schweißen von Werkstücken (3,4) mit bewegtem Lichtbogen (8), wobei die Werkstücke (3,4) von einer Schweißeinrichtung (1) mit einer gesteuerten Schweißstromquelle (25) mit einem geregelten Schweißstrom beaufschlagt und mit einer Positionier- und Staucheinrichtung (15) beim Erwärmen auf einem Abstand (s) gehalten und anschließend gestaucht werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass mit einer Einrichtung (28) , insbesondere die
Lichtbogenspannung, erfasst und analysiert werden, wobei beim Erwärmen der Abstand (s) zwischen den Werkstücken (3,4) mit einer Einrichtung (16) entsprechend gesteuert verändert (Δs) wird.
24.) Verfahren nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Erwärmen der Schweißstrom entsprechend des oder der erfassten Prozessparameter gesteuert wird.
25.) Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Abstand (s) und/oder der Schweißstrom in Abhängigkeit von dem oder den erfassten Prozessparameter (n) geregelt wird.
26.) Verfahren nach Anspruch 23, 24 oder 25, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass elektrisch leitende, insbesondere metallische, Werkstücke (3,4) aus unterschiedlichen, insbesondere unterschiedlich schmelzenden, Materialien geschweißt werden.
27.) Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass Werkstücke (3,4) mit unterschiedlichen Wandstärken geschweißt werden .
28.) Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Werkstücke (3,4) mit vertikaler oder horizontaler Ausrichtung geschweißt werden.
29.) Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einer vertikalen oder schrägen Ausrichtung und im Schmelzverhalten unterschiedlichen Werkstücken (3,4), das schneller schmelzende Werkstück (4) unten angeordnet wird.
30.) Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einer vertikalen oder schrägen Ausrichtung und im
Schmelzverhalten unterschiedlichen Werkstücken (3,4), das Werkstück (4) mit der niedrigeren Schmelztemperatur und/oder der größeren Wandstärke unten angeordnet wird.
31.) Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einer vertikalen oder schrägen Ausrichtung ein Werkstück (4) aus metallischem Gussmaterial unten und ein Werkstück (3) aus Stahl oben angeordnet ist.
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