-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schweißverfahren zum
Schweißen von Metallwerkstücken, bei dem ein Schweißlichtbogen
zwischen einer Schweißbrennerelektrode und dem Metallwerkstück
erzeugt wird, vorzugsweise unter einer Schutzgasatomosphäre, wie
es in dem Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist. Des
weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Schweißroboter, wie
es in dem Oberbegriff des Anspruches 9 angegeben ist.
-
Herkömmliche Schweißverfahren, die häufig von Schweißrobotern
ausgeführt werden, bilden Schweißungen (Schweißnähte) durch eine
fortlaufende vorwärtsbewegung des Schweißbrenners einer
Robotereinheit in bezug auf das entsprechende Werkstück. Demgemäß sind
die meisten der Schweißroboter in der Vergangenheit, zum
Beispiel zum automatischen Schutzgasschweißen, wie Metall-Aktivgas-
Schweißen, von der Art Konstruktion gewesen, daß der
Schweißbrenner mittels der Robotereinheit in bezug auf das
Werkstückmaterial, das geschweißt werden soll, bewegt wird und die Wirkung
der Robotereinheit gemäß der Dicke des Werkstückmaterials, der
Durchmesser der verwendeten Schweißdrähte, usw. gesteuert wird.
Wenn zwei Werkstücke durch Stumpfschweißung verbunden werden
sollen, wobei eine solche Art Schweißroboter verwendet wird,
werden die zwei Werkstücke eng aneinander angepasst, um
irgendwelchen Zwischenraum in dem Stumpfverbindungsbereich
auszuschließen, und der Schweißbrenner wird auf diesem Bereich
gerichtet. Jedoch gibt es, wenn zwei dünne Metallbleche von
ungefähr 0,6 mm - 0,8 mm Dicke geschweißt werden, wobei eine solche
Art herkömmlicher Schweißroboter und Verfahren verwendet werden,
eine Schwierigkeit dahingehend, dass Öffnungen oder
Unterschnitte, die zu einer Verringerung der Festigkeit des
Schweißbereiches (Schweißnaht) führen, wahrscheinlich auftreten. Dies ergibt
sich aus einer übermäßigen Größe an Eingangsschweißwärme in
bezug auf die Dicke des Arbeitsstückmaterials. Mit anderen Worten
ist es, wenn es sogar einen kleinen Zwischenraum zwischen den
zwei Komponenten, die geschweißt werden sollen, gibt, wie er
normalerweise im Fall des Stumpfschweißens auftritt,
wahrscheinlich, dass geschmolzenes Schweißmaterial in das
Werkstückmaterial eindringt oder das Werkstückmaterial selbst schmilzt und
tropft.
-
Im gewissen Maß könnten solche Probleme beim Schweißen von
dünnen Metallblechen vermieden und dieser Vorgang stabilisiert
werden, indem streng genaue oder enge Schweißbedingungen
eingestellt werden. Da jedoch die genannten Schweißbedingungen
Schweißstromstärke, Schweißspannung, Schweißgeschwindigkeit,
Formgenauigkeit des Arbeitsstücks, Genauigkeit der
Schweißaufspannvorrichtungen und beabsichtigten Schweißposition des
Schweißbrenners umfassen, gibt es Begrenzungen beim
Sicherstellen einer hohen Genauigkeit der genannten Faktoren. Des weiteren
würde das Erfüllen hoher Genauigkeitsbedürfnisse, insbesondere
bei der Arbeitsstückform, den Wirkungsgrad der Massenproduktion
senken.
-
Ein Schweißverfahren, wie es oben erwähnt worden ist, ist
bereits aus "International Institute of Werlding -Commission XII-
"Special arc welding prozesses" Doc. XII 357-66 bekannt; das
Schweißen von Blechmaterialien unter Verwendung eines gepulsten
Lichtbogens; Cand. techn. sci. A. V. Petrov; USSR National
Welding Commitee; Moskau 1966, worin ein Schützgasschweißverfahren
mit Gasabschirmung zum Schweißen von Metallwerkstücken beschne
ben ist. Der Schweißlichtbogen wird mit vorbestimmten, üblichen
Argon-Lichtbogenimpulslängen und Intervallen erzeugt, um eine
Reihe von Schweißpunkten zusammenzusetzen, die sich teilweise
einander überlappen.
-
Ein Schweißroboter, wie er oben erwähnt ist, ist bereits aus der
Druckschrift US-A-2 886 696 bekannt. Die genannte Druckschrift
beschreibt eine Schweißpistole zum Halten einer
Schweißbrennerelektrode, eine elektrische Stromquelle zum Erzeugen eines
Schweißlichtbogens zwischen der genannten
Schweißbrennerelektrode und dem Werkstück und eine Induktivität, um eine vorbestimmte
Schwingung von Lichtbogen-Einzeiten und Lichtbogen-Auszeiten zu
steuern.
-
Deshalb ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein
Schweißverfahren und einen zugeordneten Schweißroboter zu
schaffen, die zuverlässig Werkstücke schweißen können, ohne ihnen
Wärmeüberlastungen beizufügen oder äußerst genaue Einstellungen
der Schweißbedingungen zu erfüllen, einschließlich einer hohen
Genauigkeit der Werkstücke, die geschweißt werden sollen.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige Zielsetzung bei
dem verfahrensgesichtspunkt ausgeführt, indem der
Schweißlichtbogen erzeugt und dem Schweißpunkt geschweißt wird, wobei der
Schweißbrenner mit der Schweißbrennerelektrode ortsfest gehalten
wird, der genannte Schweißlichtbogen in Reaktion auf eine
vorbestimmte Zeitperiode (Lichtbogen-Einzeit) oder alternativ eine
vorbestimmte Lichtbogenenergie ausgeschaltet wird, und dass der
Schweißbrenner zu einem Lichtbogen-Wiederaufnahmepunkt
vorgerückt wird und dass die Schweißlichtbogenerzeugung dann
wiedergestartet wird.
-
Durch ein solches Verfahren, besonders auf Schutzgasschweißen
anwendbar ist, kann eine Mehrzahl von Vorteilen erhalten werden.
Zu aller erst wird der Schweißwärmeeingang zu den Werkstücken
verringert, so dass sogar dünne Bleche zusammengeschweißt werden
können, ohne an einer Schmelzbeschädigung oder Unterschnitte in
der Schweißung zu leiden. Des weiteren kann, da der
Schweißlichtbogen für einen nächsten Schweißpunkt auf einem
vorhergehenden, bereits fertiggestellten Schweißpunkt hergestellt wird,
die Festigkeit der Schweißung erhöht werden, ohne dass
irgendwelche Öffnungen bleiben, so dass die Schweißqualtität erhöht
wird, sogar besonders, wenn dünne Bleche zusammengeschweißt
werden.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des vorliegenden
Schweißverfahrens sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
-
Um die obige Zielsetzung im Hinblick auf die Gesichtspunkte der
Vorrichtung auszuführen, schafft die vorliegende Erfindung einen
Schweißroboter, wie er oben angegeben ist, der gemäß der
vorliegenden Erfindung dahingehend verbessert ist, dass die genannte
Einrichtung eine Nadelimpulssteuerung ist, die alternativ zur
intermittierenden Erzeugung eines Schweißlichtbogens in Reaktion
auf eine vorgegebene Größe an Schweißlichtbogenenergie
vorgesehen ist, die aus dem Schweißstrom und der Schweißspannung in
diesem berechnet wird, wobei der Schweißlichtbogen erzeugt wird
und der Schweißpunkt geschweißt wird, wobei der Schweißbrenner
mit der Schweißbrennerelektrode ortsfest gehalten wird, und dass
der Schweißbrenner zu einem Lichtbogenwiederaufnahmepunkt
mittels der Roboterhaupteinheit vorzugsweise auf einer Umfangslinie
des beendeten Schweißpunkts vorgerückt wird, der während des
vorhergehenden Schweißvorgangs erzeugt worden ist, und dass eine
Einrichtung zum Wiederstarten der Schweißlichtbogenerzeugung
vorgesehen ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des Schweißroboters ist in
Anspruch 10 angegeben.
-
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mehr im enzelnen
mittels mehrerer Ausführungsformen von ihr in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
-
Fig. 1 ein Schema eines Schweißroboters gemäß einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung ist,
-
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Schweißverfahrens
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist, die unter Verwendung des Schweißroboters der Fig.
1 ausgeführt wird und eine Kurve angibt, die ein
Schweißstrom-Zeitdiagramm zeigt.
-
Fig. 3 eine Kurve ist, die den Schweißstrom als Funktion der
Zeit während des Schweißens zeigt,
-
Fig. 4a-4d
erläuternde, schematische Ansichten des Drahts und der
Bedingungen während des Schweißens sind, die jeweils
die Ausbildung des Schweißlichtbogens in bezug auf die
Punkte a, b, c und d in Fig. 3 zeigen.
-
Fig. 5a-5c
vergrößerte Ansichten einer Schweißnaht sind, worin
Fig. 5c eine Schweißnaht zeigt, die durch ein
herkömmliches Verfahren auf dem Gebiet erzeugt worden ist,
wohingegen die Fig. 5a und 5b Draufsichten auf
Schweißnähte zeigen, die gemäß dem Verfahren und unter
Verwendung des Schweißroboters gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt worden sind,
-
Fig. 6 das Flussdiagramm ist, das das Schweißverfahren unter
Verwendung des Schweißroboters gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
-
Fig. 7 das Flussdiagramm ist, das die Schweißverfahren unter
Verwendung des Schweißroboters gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
-
Fig. 8 eine Vergleichstabelle zwischen Proben ist, die durch
ein herkömmliches Verfahren und durch ein Verfahren
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
erhalten worden sind.
-
In Fig. 1 ist schematisch die Struktur eines Schweißroboters 1
gemäß dieser Ausführungsform gezeigt, der mehrere herkömmliche
Komponenten eines automatischen Metall-Aktivgas-Schweißroboters
umfasst, der zusätzlich mit einer Nadelimpulssteuerung 12
ausgerüstet ist, wie es später beschrieben wird. Der Schweißroboter 1
umfasst eine Roboterhaupteinheit 2, die einen Schweißbrenner 3
umfasst, der gehalten ist, so dass er relativ zu einem zu
schweißenden Werkstück W bewegbar ist. Die genannte
Roboterhaupteinheit
2 und der Schweißbrenner 3 sind von herkömmlicher
Konstruktion.
-
Eine Schweißdrahtzuführvorrichtung 4 ist vorgesehen, um
Schweißdraht dem Schweißbrenner 3 zuzuführen, und eine
Stromquelleneinheit 5 ist vorgesehen, um elektrische Energie der
Drahtzuführvorrichtung für die Roboterhaupteinheit 2 und den anderen
Komponenten des Schweißroboters zuzuführen. Ein Schweißstrom und die
Schweißspannung werden durch die Stromquelleneinheit 5
gesteuert, und der Schweißstrom wird auf die Roboterhaupteinheit 2
durch ein Stronkabel 6 und ein Schweißbrennerkabel 7 angewendet,
dem der Schweißdraht zugeführt wird. Eine Drehstromquelle 8 von
200 Volt ist mit der Stromquelleneinheit 5 verbunden. Ein
Massekabel 5a verbindet die Grundschaltung (nicht gezeigt) der
Stromquelleneinheit 5 mit dem Werkstück W, das geschweißt werden
soll.
-
Ein Schutzgasbehälter 9 ist mit der Drahtzuführvorrichtung 4
über einen Schutzgasschlauch 10 verbunden. Das Schutzgas von dem
Schutzgasbehälter 9 wird dem Schweißbrenner 3 mittels der
Drahtzuführvorrichtung 4 und des Schweißbrennerkabels 7 zugeführt.
-
Eine Robotersteuerung 11 ist vorgesehen, um den
Grundschweißvorgang der Roboterhaupteinheit 2 zu steuern. Genauer gesagt,
steuert sie das Beginnen und Beenden des Schweißvorgangs sowie die
Drahtzuführgeschwindigkeit und die Schutzgasversorgung.
-
Eine Nadelimpulssteuerung 12 ist vorgesehen, um den
Schweißvorgang gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform zu steuern, so
dass auch zumindest teilweise der Schweißroboter 1 der Fig. 1
gesteuert wird. Der Ausdruck Nadelimpuls wird in dieser
Anmeldung in dem Sinn verwendet, um das besondere Schweißverfahren
dieser Ausführungsform und die Arbeitsweise des Schweißroboters
1 auszudrücken und soll die seguenzielle Erzeugung und die
Abschaltungs Schweißlichtbogens kennzeichnen, das heißt,der
Schweißlichbogen wird intermittierend während eines
Arbeitszyklus zum Erzeugen einer Schweißung oder einer Schweißnaht
erzeugt.
Die Nadelimpulssteuerung 12 (die auch als eine
Stichimpulssteuerung bezeichnet werden könnte) ist mit der
Roboterhaupteinheit 2 durch ein Steuerkabel 13 verbunden und ist auch
mit der Stromquelleneinheit 5 über ein Stromkabel 14 verbunden.
Im ffolgenden werden die Eigenschaften der Nadelimpulssteuerung
12 beschrieben. Übrigens könnte die genannte
Nadelimpulssteuerung 12 auch einen Teil der vorgenannten Robotersteuerung 11
bilden.
-
Wenn eine Schweißstartsteuerung ausgeführt wird, versorgt die
Robotersteuerung 11 eine Schweißbrennerelektrode 15 des
Schweißbrenners 3 durch den Draht 4 mit Strom, um einen
Schweißlichtbogen zwischen der genannten Schweißbrennerelektrode 15 und dem
Werkstück W zu erzeugen, und bewirkt, dass der Schweißlichtbogen
während einer vorbestimmten Dauer der Einschaltzeit beibehalten
wird, schaltet den Schweißlichtbogen ab und führt Schutzgas G
dem geschmolzenen Bereich während einer vorbestimmten
Ausschaltzeitdauer zu, bewegt den Schweißbrenner 3 während einer
vorbestimmten Bewegungszeitdauer mit einer normalen (gleichmäßigem)
Bewegungsgeschwindigkeit und erzeugt dann erneut einen neuen
Schweißlichtbogen, um einen weiteren Schweißvorgang auszuführen.
Der vorstehend angegebene Zyklus wird mehrere Male wiederholt.
-
Die Nadelimpulssteuerung 12 bestimmt irgendwelche
Schweißunregelmäßigkeiten, wenn der Draht 4 geschmolzen ist an dem
geschweißten Werkstückmaterial anhaftet, nachdem der
Schweißbrenner 3 bewegt worden ist,und unterbricht den Schweißvorgang, wenn
eine solche Unregelmäßigkeit erfasst worden ist. Der
Schweißvorgang wird auch auf ähnliche Weise unterbrochen, wenn der
Schweißlichtbogen in der Mitte einer Lichtbogeneinschaltzeit
unterbrochen wird. Im fFolgenden werden die Eigenschaften der
Nadelimpulssteuerung 12 und die Arbeitsweise des Schweißroboters 1
gemäß dieser Ausführungsform mehr im einzelnen unter Bezugnahme
auf die Figuren 2 bis 4 und 5 beschrieben.
-
Wenn ein Schweißstartsignal von der Robotersteuerung 11 der
Roboterhaupteinheit 2 zugeführt wird, wird in der
Nadelimpulssteuerung
12 durch das genannte Signal eine Schweißsteuerung
begonnen, wie es beim Schritt P&sub1; in Fig. 6 gezeigt ist.
-
Wie es bei diesem Schritt P&sub2; in Fig. 6 gezeigt ist, erzeugt die
Nadelimpulssteuerung 12 einen Schweißlichtbogen und beginnt das
Schweißen. Die Schweißsteuerung wird dann derart ausgeführt,
dass der Schweißstrom größer als ein vorbestimmter Wert 1
gemacht wird, um einen Schweißlichtbogen nur während einer
momentanen Zeitdauer (mit der Bezeichnung A) erzeugt wird, wie es in
der Kurve dargestellt ist, die die Stromstärke als Funktion der
Zeit wiedergibt, wie es in dem oberen Teil der Fig. 2 angegeben
ist, und der Schweißstrom wird auf den vorbestimmten Wert I
abgesenkt, nachdem die Startphase zum Beginnen des
Schweißlichtbogens vorbei ist und der Schweißlichtbogen erzeugt worden ist.
-
Wie es in Fig. 2(a) gezeigt ist, wird der Schweißlichtbogen (a)
während des Schweißens zwischen dem Werkstückmaterial W und der
Spitze des Drahtes 15 erzeugt, das heißt, der
Schweißbrennerelektrode 15, die von einem elektrischen Leiter 3a des
Schweißbrenners 3 hervorsteht, und die Elektrode 15 wird geschmolzen,
um eine geschmolzene Schweißung (Schweißnaht) 16 auf dem
geschweißten Werkstückmaterial W zu bilden. Das geblasene
Schutzgas ist durch die Pfeile G in Fig. 2(a) angegeben. Das Schutzgas
wird aus dem Schweißbrenner 3 mit einer väreingestellten,
konstanten Geschwindigkeit während des ganzen Schweißvorgangs
ausgeblasen. Das Schutzgas kann auch mit unterschiedlicher
Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Schweißarten
zugeführt werden oder kann zu irgendeiner Zeit angehalten werden.
-
Im folgenden wird die Art der Schweißlichtbogenerzeugung während
des Schweißens, das heißt, während der Lichtbogeneinschaltdauer,
die mit dem Zeichen B in Fig. 2 gezeigt ist, das heißt, in der
Kurve, die die Stromstärke als Funktion der Zeit zeigt, unter
Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. Der Schweißstrom
durch die Schweißbrennerelektrode 15 hindurch ändert sich
während des Schweißens, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Zuerst
schmilzt die Spitze der Elektrode 15 während der Dauer zwischen
den Punkten a und b, die in Fig. 3 gezeigt sind, und kommt mit
dem geschweißten Werkstückmaterial W in Berührung, wodurch ein
Kurzschluss bewirkt wird und bewirkt wird, dass der Schweißstrom
schnell ansteigt. Die Änderung des Schweißstroms, während der
Kurzschluss hervorgerufen wird, ist durch die schraffierten
Bereiche in Fig. 3 gezeigt. Die geschmolzene Spitze der Elektrode
15 nimmt während des Kurzschlusses eine Form an, wie sie in Fig.
4(a) gezeigt ist. Wenn der Kurzschlusszustand andauert, nimmt
der geschmolzene Endbereich der Schweißbrennerelektrode 15 eine
eingeschnürte Form an, wie es in Fig. 4(b) gezeigt ist, bildet
einen Tropfen und fällt auf die geschmolzene Schweißung 16. Zu
dem Zeitpunkt des Schweißens wird die geschmolzene Schweißung 16
an derselben Position geformt, um eine geschmolzene
Metallschweißung mit dem geschmolzenen Teil der Elektrode 15 zu
bilden.
-
Danach wird ein Schweißlichtbogen erzeugt, wie es in Fig. 4(c)
gezeigt ist, und der Schweißstrom nimmt nach und nach ab, wie es
durch die Zeichen b und d in Fig. 3 gezeigt ist. Die Spitze der
Elektrode 15 schmilzt erneut, wie es in Fig. 4(d) gezeigt ist,
und kommt danach wieder in Berührung mit dem Werkstüchmaterial
W, wie es in Fig. 4(a) gezeigt ist, um einen weiteren
Kurzschluss zu bilden. Diese Schritte werden wiederholt, um das
Schweißverfahren durchzuführen. Die Zeitdauer zum Durchführen
des Schweißens, das oben beschrieben worden ist, die auch in
dieser Anmeldung als "Lichtbogeneinschaltzeit" bezeichnet ist,
wird gemäß der Tiefe der geschmolzenen Schweißung und der Menge
an geschmolzenem Metall eingestellt, wobei die genannte
Lichtbogeneinschaltzeit in der Nadelimpussteuerung 12 als die Zeit T&sub1;
gespeichert wird. Genauer gesagt wird das Schweißen in Gegenwart
des Schweißlichtbogens während der Zeitdauer (eine
Lichtbogenerzeugungszeit genannt) nachdem der Schweißlichtbogen bei dem
Schritt P&sub2; erzeugt worden ist, bis zu dem Ende der
Lichtbogeneinschaltdauer T&sub1; beim Schritt P&sub3; fortgesetzt (vgl. auch die Zeit T&sub1;
in Fig. 2). Hier werden die Roboterhaupteinheit 2 und der
Schweißbrenner 3 in einen Ruhezustand von der Zeit an gebracht,
wenn der Schweißlichtbogen erzeugt wird, wie es beim Schritt P&sub2;
gezeigt ist.
-
Nach Ablauf der Lichtbogeneinschaltdauer T&sub1; seit dem Beginn des
Schweißlichtbogens schaltet die Nadelimpulssteuerung 12 den
Schweißstrom ab, um eine weitere Schweißlichtbogenerzeugung zu
beenden, wie es beim Schritt P&sub4; in Fig. 6 gezeigt ist. Zu diesem
Zeitpunkt wird der Schweißlichtbogen sofort angehalten und kurz
automatisch zugeführt, wie es durch das Zeichen C in der Kurve
der Fig. 2 gezeigt ist, die den Schweißstrom als Funktion der
Zeit angibt.
-
Nach dem Zusammenbruch des Schweißlichtbogens wird die Bedingung
des Nichtschweißens während einer vorbestimmten Dauer der
"Lichtbogenausschaltzeit" beibehalten, wie es durch das
Bezugszeichen T&sub2; angegeben ist. Zu dieser Zeit werden die
Roboterhaupteinheit 2 und der Schweißbrenner 3 in einen Ruhezustand ähnlich
dem während des Schweißens gebracht. Wenn der Schweißlichtbogen
abgeschaltet wird, wird nur Schutzgas G aus dem Schweißbrenner
3, wie es in Fig. 2 (b) gezeigt ist, mit einer voreingestellten
Strömungsgeschwindigkeit herausgeblasen, die notwendig ist, die
Schweißung zu kühlen, so dass die geschmolzene Schweißung 16 im
Wesentlichen durch des Blasen von Schutzgas G abgekühlt und
verfestigt wird.
-
Deshalb wird die Lichtbogenausschaltzeit T&sub2;, die oben beschrieben
worden ist, auf einen Wert eingestellt, der die geschmolzene
Schweißung 16 in einen erwünschten Zustand der Verfestigung
brihgt. Der Verfestigungszustand der geschmolzenen Schweißung 16
kann nämlich gesteuert werden, indem die Lichtbogeneinschaltzeit
T&sub1; und die Lichtbogenausschaltzeit T&sub2; gesteuert werden. Wenn die
Lichtbogeneinschaltzeit T&sub2; zu kurz ist, wird die geschmolzene
Schweißung 16 nicht verfestigt, und, wenn die genannte
Lichtbogenausschaltzeit lang ist, wird die geschmolzene Schweißung 16
verfestigt. Die Lichtbogenausschaltzeit ist als T&sub2; in der
Nadelimpulssteuerung 12 gespeichert.
-
Mit anderen Worten wird, nachdem der Schweißlichtbogen bei dem
Schritt P&sub4; in Fig. 6 abgeschaltet worden ist, der Zustand nach
dem Schweißen beibehalten, bis die Zeitdauer zum Abkühlen der
geschmolzenen Schweißung 16 durch das Schutzgas G (diese Dauer
wird Lichtbogenausschaltzeit genannt) die vorbestimmte
Lichtbogenausschaltzeit T&sub2; beim Schritt P&sub5; erreicht. Wenn die
Lichtbogenausschaltzeit T&sub2; abgelaufen ist, nachdem der Schweißlichtbogen
abgeschaltet worden ist, wird der Schweißbrenner 3 bei dem
Schritt P&sub6; der Fig. 6 vorgerückt oder zurückgezogen. Bei dieser
Ausführungsform wird das Verfahren des Vorrückens des
Schweißbrenners 3 beschrieben. Das Vorrücken des Schweißbrenners 3 wird
durch den Betrieb der Roboterhaupteinneit 2 ausgeführt. Die
Vorrückstrecke wird eingestellt, indem die Zeitdauer geändert wird,
während der das Vorrücken stattfindet, während die
Schweißbrennervorrückgeschwindigkeit durch die Roboterhaupteinheit 2
erhalten wird. Die Vorrückgeschwindigkeit kann durch verschiedenes
Programmieren geändert werden, wie es verlangt wird.
-
Wenn der Schweißbrenner 3 vorgerückt werden soll, wird die
Schweißbrennerelektrode 15, wie es in Fig. 2(c) gezeigt ist, auf
der Umfangseite eines Schweißpunkts 16a angeordnet, der durch
eine Verfestigung der geschmolzenen Schweißung 16 gebildet ist.
Mit anderen Worten wird der Schweißbrenner 3 in Fig. 2(c) nach
rechts um die Strecke L bewegt, um die Spitze der Elektrode 15
an dem vorderen Ende des Schweißpunkts 16a bei dem
Lichtbogenwiederaufnahmepunkt anzuordnen. In Fig. 2(b) ist die Position
eines Leiters 3a vor dem Vorrücken mit einer Strich- und
Doppelpunkt-Linie gezeigt, während die vorgerückte Position durch
ausgezogene Linien gezeigt ist. Auf diese Weise treten das Abkühlen
und Verfestigen von der Zeit, wenn der Schweißlichtbogen
abgeschaltet wird, bis zu der Zeit auf, wenn der Schweißlichtbogen
abgeschaltet wird, bis zu der Zeit auf, wenn der Schweißbrenner
3 den Wiederaufnahmepunkt für einen Schweißlichtbogen erreicht,
wo der nächste Schweißlichtbogen erzeugt werden soll. Als ein
Ergebnis hiervon ist die Wärmeeingabe durch das geschweißte
Werkstück W kleiner im Vergleich mit dem Schweißen, bei dem ein
fortlaufender Lichtbogen in bezug auf das Werkstückmaterial W
verwendet wird. Da der darauffolgende, zweite Schweißpunkt 16a
über dem vorhergehenden Schweißpunkt 16a teilweise überlappt
ist, wird die Festigkeit der Schweißung (C) 16 maximiert. Wenn
der Überlappungsbereich klein ist, sind die Schweißpunkte 16a
wahrscheinlich unterbrochen, und wenn der Überlappungsbereich
groß ist, neigen die Schweißpunkte 16a dazu, bergförmig zu sein.
-
Mit anderen Worten, wenn die Zeitdauer, die zum Vorrücken des
Schweißbrenners 3 um die Strecke L benötigt wird, wie es oben
beschrieben worden ist, als T&sub3; angenommen wird, beginnt in Fig. 6
der Schweißbrenner 3 beim Schritt P&sub6; vorzurücken und hält an,
wenn die Zeitdauer T beim Schritt P&sub7; abgelaufen ist.
-
In dem Sinn dieser Anmeldung, insbesondere in bezug auf Fig. 2,
sind die gleichen Bezeichnungen für die Zeit oder Dauern vor
einer gewissen Zeit T&sub1;, T&sub2;, T&sub3; wie für jene Zeiten T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;
selbst benutzt worden. Demgemäß erstreckt sich der
Schweißlichtbogen bei Dauern von dem Zünden des Schweißlichtbogens zu der
Zeit T&sub1;, die Lichtbogenzeit oder -Dauer erstreckt sich zwischen
den Zeiten T&sub1; und T&sub2; und die Dauer des Vorrückens des
Schweißbrenners 3 erstreckt sich zwischen den Zeiten T&sub2; und T&sub3;.
-
Nach dem Vorrücken des Schweißbrenners 3, wie es oben angegeben
worden ist, führt die Nadelimpulssteuerung 12 beim Schritt P&sub8; der
Fig. 6 eine Anormalitätsbeurteilung aus. Zu dieser Zeit wird der
Schweißstrom durch die Schweißbrennerelektrode 15 hindurch
bestimmt. Wenn der Schweißstrom übermäßig ist, schmilzt der Draht
oder die Elektrode 15 und haftet an der Schweißung 16 an und
dieser Zustand wird als anormal beurteilt, und wenn ein solcher
Zustand erfasst wird, wird die Roboterhaupt einheit 2 beim
Schritt P&sub9; angehalten. Die Anormalitätsbeurteilungsroutine ist
auch zwischen den Schritten P&sub2; und P&sub3; vorgesehen, so dass die
Roboterhaupteinheit 2 auch angehalten wird, wenn der
Schweißlichtbogen unterbrochen wird.
-
Wenn keine Anormalität beim Schritt P&sub9; erfasst wird, geht die
Routine weiter zu dem Schritt P&sub1;&sub0; und es wird darin beurteilt,
ob ein Schweißbeendigungssignal von der Robotersteuerung 11
erhalten wird oder nicht. Wenn ein solches Signal nicht erhalten
wird, kehrt die Routine zu dem Schritt P&sub2; zurück und wiederholt
die Schritte, wie es oben beschrieben worden ist. Mit anderen
Worten wird, wie es in Fig. 2(d) gezeigt ist, ein neuer
geschmolzener Schweißpunkt 16a an dem vorderen Ende des
vorhergehenden Pukts 16a der Schweißung 16 gebildet. Als ein Ergebnis
wiederholt der Schweißroboter 1 die Bedingungen, unter denen das
Schweißen bei der Gegenwart eines Schweißlichtbogens ausgeführt
wird und die Bedingung, bei der das Kühlen und die Bewegung des
Schweißbrenners 3 ausgeführt wird, durch wiederholte Durchläufe
der Routine.
-
Wenn ein Schweißbeendigungssignal beim Schritt P&sub1;&sub0; erhalten wird,
hält die Nadelimpulssteuerung 12 die Roboterhaupteinheit 2 beim
Schritt P&sub1;&sub1; an und beendet den Schweißvorgang.
-
Somit wird, wenn das Schweißen mit dem Schweißroboter 1 dieser
Ausführungsform ausgeführt wird, ein Schweißlichtbogen
intermittierend erzeugt, wobei ein darauffolgender, neuer
Schweißlichtbogen auf dem vorhergehenden Schweißpunkt 16a erzeugt wird, so
dass das Schweißen über eine Reihe von aufeinanderfolgenden
Schweißpunkten 16a durchgeführt wird. Als ein Ergebnis wird die
Schweißwärmeeingabe in das geschweißte Werkstück W verringert,
wodurch das Zusammenschweißen dünner Bleche ohne Beschädigen des
geschweißten Werkstückmaterials und der Schweißung durch den
Schmelzvorgang ermöglicht und erleichtert wird.
-
Tabelle 1, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, zeigt die Ergebnisse
von Schweißtests von zwei dünnen Blechen, wobei der
Schweißroboter 1 und das Schweißverfahren dieser Ausführungsform verwendet
werden.
-
Die Schweißbedingungen, die in der Tabelle 1 der Fig. 8
wiedergegeben sind, sind wie folgt: Schweißstrom 50-60 A,
Schweißspannung 17,6-19,2 V und wobei die Lichtbogeneinschaltzeit T&sub1;, die
Lichtbogenausschaltzeit T&sub2; und die Schweißbrennervorrückzeit T&sub3;
so eingestellt sind, dass die Schweißgeschwindigkeit 20-25 cm
pro Minute ist. Der Draht 4 hat einen Durchmesser von 0,6 mm.
Das geschweißte Werkstückmaterial W war dünnes Stahlblech. Der
Ausdruck NORMAL in der Tabelle 1 bezieht sich auf die Ergebnisse
unter den gleichen Bedingungen wie das geschweißte Material, das
mit den bekannten Metall-Aktivgas-Schweißverfahren geschweißt
worden ist. Die Bedingungen für das bekannte Metall-Aktivgas-
Schweißverfahren waren ein Schweißstrom von 37-54 A, eine
Schweißspannung von 16,5-17,6 V, eine Schweißgeschwindigkeit von
50 cm-70 cm pro Minute und ein identischer Draht 4.
-
Die Stumpfverbindungen, die mit dem herkömmlichen
Schweißverfahren erhalten worden sind, wie es durch "NORMAL" in Tabelle 1 der
Fig. 8 angegeben ist, ergaben ein geschmolzenes Loch, wenn
selbst ein kleiner Zwischenraum zwischen den Blechen war, die
geschweißt werden sollten. Die gleiche Verbindung, die mit dem
Schweißroboter 1 und dem Verfahren dieser Ausführungsform
(angegeben als NADELIMPULS in Tabelle 1) geschweißt worden ist, rief
kein Schmelzloch hervor, selbst wenn es eine geringe Öffnung
zwischen den Blechen gab. Überlappungsverbindungen waren mit den
herkömmlichen Schweißverfahren möglich, selbst wenn es einen
kleinen Zwischenraum (von ungefähr 1 mm) gab, aber Unterschnitte
wurden an vielen Stellen beobachtet. Die gleichen Verbindungen,
die mit dem Schweißroboter 1 unter Verwendung des
intermittierenden Schweißverfahrens gemäß dieser Ausführungsform geschaffen
worden sind, riefen keine solche Unterschnitte hervor.
-
Die Fehlertoleranz bei der beabsichtigten Schweißposition (die
Schweiß startposition), die bei der Linie erstreckt war, die mit
C/L in Tabelle 1 angegeben ist, vgl. auch Fig. 5, zeigte bei dem
Schweißverfahren, das mit dem Schweißroboter 1 gemäß dieser
Ausführungsform durchgeführt worden ist, größer als mit dem
herkömmliche Verfahren unabhängig von der Art der Verbindungen zu
sein.
-
Fig. 5 zeigt die Formen der Schweißpunkte 16a, wenn zwei dünne
Metallbleche zusammengeschweißt werden. Wenn der Schweißroboter
1 gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, werden die
Schweißpunkte 16a regelmäßig auf beiden Seiten der geschweißten
Bleche erzeugt, wie es in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt ist.
Das schuppenförmige Muster (Rippel) in der Figur wird weniger
klar, wenn die Lichtbogenausschaltzeit T&sub2; kürzer eingestellt
wird. Die durch Schraffieren in Fig. 5(a) und 5(b) gezeigten
Abschnitte sind Zunder, der auf den Schweißpunkten 16a gebildet
ist. Der Zunder oder die Verunreinigungsmasse, die in dem
Schweißdraht 4 enthalten ist, erscheint hauptsächlich, wenn
Stahl oder rostfreier Stahl geschweißt werden. Wenn das
Schweißen mit dem Schweißroboter 1 ausgeführt wird, werden die
Zundermassen in einer Reihe in ungefähr konstanten Abständen
abgeschieden, weil der Schweißvorgang intermittierend stattfindet
und die Schweißpunkte 16a zwischen jedem Schweißvorgang
abgekühlt werden. Der in Fig. 5(b) gezeigte, schraffierte Bereich
sind Vertiefungen (Krater) auf den Schweißpunkten 16a. Der
Krater wird gebildet, wenn der Schweißpunkt von dem Umfang zu der
Mitte hin abgekühlt wird, so dass der Mittenbereich des
Schweißpunkts in Richtung zu dem Umfang während des Abkühlens und der
Verfestigung gezogen wird. Mit anderen Worten treten die Krater
auch in ungefähr konstanten Intervallen in einer Reihe auf, wenn
das Schweißverfahren dieser Ausführungsform durch den
Schweißroboter 1 ausgeführt wird. Wenn das Schweißen mit dem
herkömmlichen Verfahren durchgeführt wird, werden wahrscheinlich Löcher
erzeugt und wünschenswerter Weise, wie es in Fig. 5(c) gezeigt
ist, ein herkömmliches Muster angegeben.
-
Während bei dem Schweißverfahren gemäß der Ausführungsform, die
oben beschrieben worden ist, der Schweißbrenner 3 vorgerückt
wird, wenn die Lichtbogenzeit T&sub2; nach dem Abschalten des
Schweißlichtbogens abläuft, kann der Schweißbrenner 3 auch unmittelbar
nach dem Abschalten des Schweißlichtbogens vorgerückt werden
kann. Fig. 7 ist ein Flussdiagramm einer solchen alternativen
Ausführungsform des Schweißverfahrens. In Fig. 7 sind die
gleichen oder ähnlichen Schritte wie jene, die in Fig. 6 beschrieben
sind, mit den gleichen Zeichen angegeben, und eine ins einzelne
gehende Beschreibung davon wird unterlassen. Bei der in Fig. 7
gezeigten Ausführungsform schreitet die Routine von dem Schritt
P&sub4; mit ausgeschaltetem Schweißlichtbogen zu dem Schritt P&sub6; fort,
und der Schweißbrenner 3 wird unmittelbar vorgerückt. Wenn die
Steuerung auf diese Weise ausgeführt wird, wird die
Lichtbogenausschaltzeit T&sub2; als die Zeitdauer für die geschmolzene
Schweißpunkt 16a bestimmt, sich zu einem verlangten Zustand zu
verfestigen, und gleichzeitig als die Zeitdauer, die für den
Schweißbrenner 3 verlangt wird, zu dem
Lichtbogenwiederaufnahmepunkt vorzurücken. Beim Schritt S&sub1;, der dem Schritt P&sub6; folgt,
wird entschieden, ob die Lichtbogenausschaltzeit den Wert T&sub2;
erreicht hat oder nicht.
-
Mit anderen Worten hat diese Ausführungsform den Vorteil eines
geringen Schweißwärmeeingangs, wenn dünne Bleche
zusammengeschweißt werden, indem die Wärme der geschweißten Verbindung
gesteuert wird, während der Schweißbrenner 3 vorgerückt wird.
Somit wird die Zeit, die verlangt wird, bis das Schweißen beendet
ist, verringert.
-
Während bei dieser Ausführungsform die Grundlagen des MAG-
Schweißverfahrens als ein Beispiel verwendet worden sind, ist
das neue Schweißverfahren nicht auf das MAG beschränkt, sondern
MIG- oder TIG-Schweißen können grundsätzlich verwendet werden.
Die vorstehend angegebenen Abkürzungen haben die folgende
Bedeutung:
-
MAG: Metall-Aktivgas-Schweißen
-
MIG: Metall-Inertgas-Schweißen
-
TIG: Wolfram-Inertgas-Schweißen
-
Während dünne Bleche auf Stahlgrundlage als Werkstücke W bei den
oben beschriebenen Ausführungsformen benutzt wurden, kann das
geschweißte Werkstückmaterial von unterschiedlicher Art und
Gegebenheit sein. Es ist nämlich MAG-Schweißen von Materialien,
wie Gußeisen oder Kohlenstoffstahl, die eine Vorerwärmung
verlangen, oder MIG-Schweißen von Aluminiumlegierungsblechen auch
möglich. Des weiteren kann das Schweißen von Metallen, die eine
große Wärmeleitfähigkeit haben wie Kupfer, Aluminium, Magnesium,
usw., ausgeführt werden, und das Schweißen von rostfreiem Stahl,
Legierung auf Ferritgrundlage, Legierung der Martensitfamilie
oder Legierungen von Abschreckhärtung ist auch möglich. Des
weiteren kann das Schweißen von Wolfram, das mit TIG-Schweißen
unter Verwendung eines Gasbehälters oder einer Inertgasatmosphäre
ausgeführt wird, unter Verwendung der Grundlagen des
herkömmlichen TIG-Schweißens durchgeführt werden.
-
obgleich des weiteren eine Gasabschirmung vorteilhaft im
Hinblick auf das Erleichtern einer Massenproduktion und des
Verbesserns des Kühlens der Werkstückmittel ist, kann etwas anderes
als Gas zum Abschirmen verwendet werden.
-
Wie es oben beschrieben worden ist, wird in dem Schweißroboter
1, der das neue Schweißverfahren durchführt, die Steuereinheit
11 zum Steuern des Schweißvorgangs der Roboterhaupteinheit 2
durch eine Steuereinrichtung 12 zum Einführen einer
intermittierenden Schweißeinrichtung ergänzt, die einen Schweißlichtbogen
während einer vorbestimmten Zeitdauer erzeugt, wobei der
Schweißbrenner 3 während dieser Dauer ortsfest bleibt, das
Werkstück W zu schmelzen, das geschweißt werden soll, die weitere
Erzeugung des Schweißlichtbogens anhält, wenn die vorbestimmte
Dauer abgelaufen ist, und den Schweißbrenner 3 zu dem
Lichtbogenwiederaufnahmepunkt bewegt, vorzugsweise auf dem Umfang des
vorhergehenden Schweißpunkts 16a. Als ein Ergebnis werden
Schweißlichtbögen intermittierend erzeugt und die Eingabe von
Schweißwärme in das Werkstück W wird verringert.
-
Deshalb können dünne Bleche zusammengeschweißt werden, ohne
einen Schmelzschaden oder Unterschnitte in der Schweißung 16 zu
erleiden.
-
Als eine Alternative ist es auch möglich, die intermittierende
Erzeugung eines Schweißlichtbogens in Größen der Menge an
Lichtbogenenergie statt der Zeit oder einer vorbestimmten Dauer zu
steuern. Mit anderen Worten wird in einer anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die intermittierende Erzeugung
des Schweißlichtbogens in Reaktion auf eine vorbestimmte Menge
an Lichtbogenenergie ausgeführt, die erhalten wird, wobei die
genannte Lichtbogenenergie dann fortlaufend aus dem erfassten
Schweißstrorn und der Schweißspannung berechnet wird. Auf diese
Weise können die gleichen Wirkungen zum Vermeiden einer
Wärmeüberlastung des Werkstücks W erhalten werden.
-
Wenn der Schweißroboter 1 beim Schweißen an einer vertikalen
Oberfläche verwendet wird, kann ein solches Schweißen ausgeführt
werden, ohne daß ein Herabtropfen der geschmolzenen Schweißung
aufgrund des verringerten Wärmeeingangs bewirkt wird. Des
weiteren kann ein nachfolgender Schweißlichtbogen teilweise über
einem vorhergehenden Schweißpunkt erzeugt werden, wenn das
Schweißverfahren in der aufsteigenden Richtung fortfährt, wobei
ein weiterer Vorteil erhalten wird, dass eine unmittelbare
Beschädigung des Werkstücks W durch Schmelzen usw. verhindert
werden kann.