DE3717710A1

DE3717710A1 - Automated arc fusion welding process by root-side fusion control by means of arc tracer diagnostics

Info

Publication number: DE3717710A1
Application number: DE19873717710
Authority: DE
Inventors: Hans Prof Dr Ing Hoffmeister
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1987-11-26
Also published as: DE3717710C2

Abstract

To measure and control on the arc side the root-side fusion, remote from the arc, of joint welds preferably accessible only on one side, tracers are attached according to Figs. 1 and 2 to the plate surface, remote from the arc, of the root area before the welding. During the welding the tracers are absorbed by the weld pool as a result of fusion and are transported to the arc-side pool surface, vaporise there and are detected by arc diagnostics and are also fed as measured values after further processing to the welding process. Compared with the prior art, a means is thus created of specifically activating and producing predetermined weld-root geometries on the reverse side of the weld of inaccessible welded joints by process feedback. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automa tisierten Lichtbogenschmelzschweißen vorzugsweise einseitiger Schweißverbindungen, insbesondere Wurzelschweißungen, deren lichtbogenabgewandte Seite weder während noch nach dem Schweißen einer Beobachtung zugänglich ist.The invention relates to a method for automa tized arc fusion preferably one-sided welded connections, in particular Root welds, their arc away Side neither during nor after welding one Observation is accessible.

Beim Verbindungsschmelzschweißen muß eine gezielte, optimierte Aufschmelzung des Grundwerkstoffs er zeugt werden. Dies gilt insbesondere für einseitige Wurzelschweißungen ohne Badsicherung, wo nach Fig. 1 der Wurzelspalt s zwischen zwei Blechen durch Aufschmelzen zwar zu beseitigen, gleich zeitig aber eine übermäßige Schweißgutbildung mit unzulässiger Wurzelbreite b und erhöhtem Wurzel durchhang h zu vermeiden ist.When fusion welding, a targeted, optimized melting of the base material must be generated. This applies in particular to one-sided root welds without bath protection, where, according to Fig. 1, the root gap s between two sheets is to be eliminated by melting, but at the same time excessive welding material formation with an inadmissible root width b and increased root sag h must be avoided.

Beim häufig angewendeten einseitigen Schweißen, z. B. von Rohren, können diese Fehler weder erkannt noch beseitigt werden, wenn die Innenseite unzu gänglich ist.When one-sided welding is frequently used, e.g. B. of pipes, these errors can neither be recognized still be eliminated if the inside is too is common.

Die Schweißbedingungen sind daher so zu opti mieren, daß die jeweils festgelegten Toleranzen der Wurzelgeometrie nicht überschritten werden. Hinweise über zulässige Wurzelausbildungen sind in DIN 8563 enthalten.The welding conditions are therefore too opti mieren that the specified tolerances the root geometry must not be exceeded. There are indications of permissible root formations contained in DIN 8563.

Beim derzeitigen Stand der Technik geschieht diese Optimierung in der Regel anhand vorab erfolgender Probeschweißungen, mit denen eine Zuordnung zwischen den Kennwerten der Wurzelgeometrie und der Schweiß bedingungen experimentell festgelegt wird. Damit können die Wurzelgeometrien der nachfolgenden Fertigungsschweißungen bislang aber nur vorherge sagt werden. Es besteht dagegen keine Möglichkeit, insbesondere bei nur einseitig zugänglichen Schweiß verbindungen während des Schweißens auftretende und die Wurzelgeometrie beeinflussende Störgrößen, wie z. B. von den Probeschweißungen abweichende Wärmedehnungen und Prozeßinstabilitäten durch Beobachten der momentan tatsächlich erzeugten Wurzelgeometrie sofort auszuregeln und so eine von äußeren Störungen unabhängige, gleichbleiben de Nahtqualität zu erzeugen.This happens at the current state of the art Optimization usually based on prior Test welds, with which an assignment between the characteristic values of the root geometry and the sweat conditions is determined experimentally. In order to can the root geometries of the following So far, production welding has only been carried out previously be said. However, there is no way especially when sweat is only accessible from one side connections occurring during welding and disturbance variables influencing the root geometry, such as B. deviating from the test welds Thermal expansion and process instability Observe the actually generated ones Adjust root geometry immediately and so one independent of external disturbances de to produce seam quality.

Diese Forderung kennzeichnet einen automatisierten Schweißprozeß mit Rückführung, wie er außer beim ein seitigen Schweißen geschlossener Rohre in vielen anderen Fällen anzuwenden ist, in denen die Naht rückseite nicht zugänglich ist.This requirement characterizes an automated one Welding process with feedback, as in the one side welding of closed tubes in many other cases where the seam is to be used back is not accessible.

Im bisherigen Schrifttum wurde lediglich versuchtIn the previous literature, only attempts were made

1. from a fully accessible seam underside outgoing electromagnetic radiation during the Welding by means of detectors on the back Process feedback and control of the melting process to take the root. Proposed and he Process-synchronous optical will continue to be rehearsed Measurements of the arc-side seam width, the Values together with other process parameters for arithmetical prediction of not directly showable root-side seam width one-sided ver bond welds are used,
2. The numerous other publications on both seam tracking sensors and process sensors ( 3 ) also show no signs of capturing the root geometry actually achieved on the back of the seam and using it for process control.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, einen automatisierten Lichtbogenschmelz schweißprozeß mit Rückführung zur Steuerung der Wurzelaufschmelzung durch Verarbeiten solcher Meß werte zu schaffen, die die Wurzelaufschmelzung un mittelbar kennzeichnen, aber von der Lichtbogenseite her gewonnen werden.The present invention is therefore based on the object basic, automated arc melting welding process with feedback to control the Root melting by processing such measurements to create values that unite the root fusion Indicate indirectly, but from the arc side be won here.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, auf der nahtrückseitigen, lichtbogen abgewandten Blechoberfläche im Wurzelbereich geeignete Tracer nach Fig. 2 anzubringen, die beim Durch schweißen vom flüssigen Schmelzbad mitaufgeschmolzen, aufgenommen, durch rasche Konvektion an die Bad oberseite gelangen, dort unter Lichtbogeneinwirkung verdampft, lichtbogendiagnostisch erfaßt und als Meßsignale durch Prozeßrückführung zur Steuerung der Wurzelaufschmelzung herangezogen werden.To achieve this object, it is proposed according to the invention to install suitable tracers according to FIG. 2 on the sheet metal surface facing away from the arc in the root region, which are also melted during welding by the liquid molten pool, absorbed, reach the top of the pool by rapid convection, there under the action of an arc evaporated, detected by arc diagnosis and used as measuring signals by process feedback to control the root fusion.

Zur näheren Ausgestaltung werden als Tracer vorzugs weise Metalle oder Metallverbindungen verwendet, die bei Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs von diesem leicht aufgelöst werden, nach raschem konvektivem Transport gemäß der eingezeichneten Richtung an die Badoberfläche gelangen, dort in ausreichendem Umfang verdampfen und lichtbogendiagnostisch gut bestimmt werden können. Die Metalle oder Metallverbindungen sollen außerdem keine nachteiligen Auswirkungen auf das Gefüge, die mechanischen und korrosionschemi schen Eigenschaften der Schweißverbindung, sowie auf den Schweißprozeß haben.For more detailed information, be preferred as a tracer wise metals or metal compounds used, the at melting temperature of the base material of this be easily resolved after rapid convective Transport according to the indicated direction to the Get bath surface, there to a sufficient extent vaporize and well diagnosed by arcing can be. The metals or metal compounds are also not intended to have an adverse effect on the structure, the mechanical and corrosion-chemical properties of the welded joint, as well as have the welding process.

Zweckmäßig werden nach Fig. 1 Tracer so angeordnet, daß sie vorgegebene Grenzwerte der Aufschmelzbreite des Grundwerkstoffs in der Wurzel anzeigen. Zur An zeige des erfolgten Durchschmelzens und damit der gezielten Spaltbeseitigung reicht es z. B. aus, den Tracer A auf der Blechunterseite direkt angrenzend an die Spaltkante aufzubringen. Das Überschreiten einer vorgegebenen Wurzelbreite b kann dagegen durch einen im Abstand b/2 von der Nahtmitte ange brachten Tracer B angezeigt werden.1 tracers are expedient in FIG. Arranged so as to indicate the predetermined limits Aufschmelzbreite of the base material in the root. To show the melting and thus the targeted gap elimination, it is sufficient for. B. from, to apply the tracer A on the underside of the sheet directly adjacent to the gap edge. Exceeding a predetermined root width b , however, can be indicated by a tracer B attached at a distance b / 2 from the center of the seam.

Die Lichtbogentracerdiagnose, z. B. beim WIG-Prozeß, kann mit einem Emissionsspektrometer E durchge führt werden. Die erhaltenen Meßwerte sind der Masse der in den Lichtbogen entsprechend der Wurzelaufschmelzung gelangten Tracer A/B propor tional und werden der Meßwertverarbeitung C und der Stromquelle P zur Prozeßsteuerung zugeführt. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die durch Prozeßschwankungen bedingten Ungleichmäßig keiten der qualitätsentscheidenden Aufschmelzung des Wurzelspalts bereits während des Schweißens lichtbogenseitig erfaßt und durch Prozeßrückführung ausgeregelt werden. Fertigungsaufgaben, wie insbe sondere das einseitige Schweißen von innen nicht zu gänglichen und daher in der Wurzelgeometrie nicht kontrollierbaren Werkstücken, werden dadurch vorteil haft erleichtert und mit einer größeren Fertigungs sicherheit ausgeführt.The arc tracer diagnosis, e.g. B. in the TIG process, can be performed with an emission spectrometer E. The measured values obtained are proportional to the mass of the tracers A / B which entered the arc in accordance with the melting of the roots and are fed to the measured value processing C and the current source P for process control. The advantage of the method is that the irregularities caused by process fluctuations of the quality-critical melting of the root gap are detected on the arc side during welding and corrected by process feedback. Manufacturing tasks, such as in particular the one-sided welding from the inside that is not accessible and therefore cannot be controlled in the root geometry, are advantageously facilitated and carried out with greater manufacturing safety.

literature

1.TR Davies, RR Wright, AC Lahiri:
The adaptive contol of the welding process IIW-Annual Assembly, Publik Session 1979, P. 136-147
2. Lübbert, U .: Automation of root welding. IITB-Mitt. IITB of the FhG, Karlsruhe 1975
3. Foith, J. P .: Sensors for the fully mechanical Arc welding - sensor systems. Welding and Schneid 32, H. March 3, 1980, pp. 89-93.

Claims

1. Method for automated arc welding by root-side melting control by means of arc tracer diagnostics, characterized in that, in the case of arc fusion welding, suitable tracers attached to the underside of the seam in the root area prior to the start of welding as a result of welding through the seam web from the underside of the weld pool are melted, bathed and alloyed on the bath surface. vaporized in the arc, diagnosed as an arc tracer and used to control root penetration through process feedback.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the required width of the root Melting using two different tracers is marked, one of which is at the gap edge attached, the minimal opening melting of the sheet metal underside, the other, in corresponding to the required root width end distance from the root canal, reaching the maximum permissible root run melting indicates.

3. The method according to claim 1, characterized in that the arc radiation emission spectro is recorded metrically.