PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10034781A1 12.04.2001
Titel Verfahren und Anordnung zum Verschweißen von Schienen für Schienenfahrzeuge
Anmelder Lincoln Global, Inc., Cleveland, Ohio, US
Erfinder Mumaw, James W., Wadsworth, Oh., US
Vertreter Buschhoff-Hennicke-Vollbach, 50672 Köln
DE-Anmeldedatum 18.07.2000
DE-Aktenzeichen 10034781
Offenlegungstag 12.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2001
IPC-Hauptklasse B23K 9/02
IPC-Nebenklasse B23K 9/095   
Zusammenfassung Verfahren und Anordnung zum Ablegen geschmolzenen Metalls eines sich vorwärtsbewegenden Schweißdrahtes zum Ausbilden einer Wurzellage aus Schweißmetall im Bodenabschnitt eines Spaltes zwischen einem ersten Metallteil und einem zweiten Metallteil, vorzugsweise Eisenbahnschienen, die Flachsockelabschnitte aufweisen, die mittels einer metallenen, sich zwischen den Flachsockelabschnitten erstreckenden und an diese anstoßenden Sperrplatte verbunden sind, wobei das Verfahren und die Anordnung umfassen, daß ein von einer Schweißstromversorgung gelieferter Schweißstrom zwischen dem Schweißdraht und dem Metallbauelement fließt, um einen die Schweißwärme erzeugenden Lichtbogen zu erhalten, wobei der Schweißdraht in einer bestimmten Richtung entlang einer ausgewählten Schweißbahn über die Sperrplatte bewegt wird, wobei ein Durchschlag des Schweißlichtbogens durch die Sperrplatte detektiert wird, die gegebene Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes für eine kurze Strecke umgedreht wird, wenn ein Lichtbogendurchschlag detektiert wurde, und anschließend die ursprüngliche Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes entlang der ausgewählten Schweißbahn wieder aufgenommen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von zueinander beabstandet angeordneten Enden von Schienen für Schienenfahrzeuge. Die Erfindung betrifft insbesondere das Verschweißen von zwei voneinander beabstandeten Schienen in einem elektrischen Lichtbogenschweißprozeß.

Im Laufe der Jahre wurden enorme Anstrengungen unternommen, um voneinander beabstandete Schienen für Schienenfahrzeuge mittels geeigneter Stumpfschweißverfahren miteinander zu verbinden. Die beiden US-Patente US 5,773,779 und US 5,877,468 der Anmelderin befassen sich mit der historischen Entwicklung und dem Basiswissen für die vorliegende Erfindung. Der Inhalt dieser beiden US- Patente soll daher auch Gegenstand dieser Patentanmeldung sein. Beide Patente betreffen ein elektrisches Lichtbogenschweißverfahren bzw. -system zum Verbinden der Stirnflächen zweier beabstandeter Schienen unter Verwendung einer zwischen den Flachsockelabschnitten der Schienen eingesetzten Sperrplatte (Rückhalteblock), so daß die Wurzellage bzw. erste Schweißlage auf der Sperrplatte, die den Spalt zwischen den Stirnflächen der Schienen am unteren Ende überspannt, abgelegt werden kann. Die Sperrplatte geht hierbei verloren bzw. wird aufgeschmolzen. Beide Patente offenbaren im Detail den vollständigen Schweißprozeß oberhalb der Wurzellage. Die Wurzellage wird anfänglich aufgebracht, um die Stirnflächen der Schienen miteinander zu verbinden und den Spalt zwischen den Schienenstirnflächen zu schließen. Die Details dieses Fertigschweißprozesses bilden nicht Teil dieser Erfindung und brauchen daher nicht wiederholt zu werden.

Bei Ablegen bzw. Auftragen der ersten Lage von geschmolzenem Metall auf der Oberseite der Sperrplatte zwischen den Sockelabschnitten der Schienen sind diverse Schwierigkeiten zu bewältigen. Diese beeinflussen u. a. das Erscheinungsbild der Verschweißung. Ferner ist die Verschweißung im praktischen Einsatz in sehr kurzer Zeit durchzuführen. Der für die Wurzellage verwendete, in den Spalt hineinragende Schweißdraht wurde bisher mittels einer Schweißautomatensteuerung in einem herkömmlichen Wellenmuster bewegt, mit welchem der Schweißdraht zwischen den Schienen vor- und zurückbewegt wird, während der Draht entlang der Sperrplatte am Boden des Spaltes vormarschiert. Diese Prozedur verursacht, daß der Lichtbogen durch die Sperrplatte hindurchschlägt, woraus eine unregelmäßige, ungleichmäßige Unterfläche der Wurzellage und bestimmte Verformungen in der Wurzellage resultieren. Derartige Lichtbogendurchschläge treten insbesondere dann auf, wenn der Draht zu schnell bewegt und vor das Schweißbad bzw. der Schweißraupe gerät. Da die Schweißautomatensteuerung die Elektrode in einem automatisch gesteuerten Schlängelmuster axial entlang des Spaltfußes bewegt, wird der Lichtbogen nicht auf die Grenzfuge zwischen den Stirnflächen der Schienen und der unteren Sperrplatte gerichtet. Hieraus resultieren gewisse Unregelmäßigkeiten an diesen Schnittflächen. Die Schwierigkeiten werden noch dadurch verstärkt, daß die Sperrplatte aus vergleichsweise dünnem Blattstahl gebildet ist, wohingegen die beiden voneinander beabstandeten Schienen zwei massive Metallstücke sind. Der Lichtbogendurchschlag der Sperrplatte und das Unvermögen, einen Lichtbogendurchschlag an den Grenzflächen zwischen Platte und Schienenstirnflächen zu erhalten, hat zu beträchtlichen Qualitäts- und Regelmäßigkeitsschwankungen in der Wurzellage bei den bisher durchgeführten Schweißprozessen geführt. Diese Probleme beeinflussen das optische und qualitative Erscheinungsbild der Wurzellage; dies ist insbesondere nachteilig, wenn angestrebt wird, das aus den beiden US-Patenten bekannte Schweißverfahren als Ersatz für die bisher im Markt verwendeten Stumpfschweißverfahren und Lichtbogenschweißprozesse zu verwenden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Schweißverfahren und Schweißsysteme bereitzustellen, mit denen eine qualitativ hochwertige Wurzellage zwischen den Stirnflächen zweier voneinander beabstandeter, großer Metallteile erzielt werden kann. Dabei sollen das Schweißverfahren und das Schweißsystem möglichst geeignet sein, mit standardisierten Schweißroboter-Steuermechanismen ausgeführt werden zu können, so daß eine qualitativ hochwertige Wurzellage aufgetragen werden kann, um den Spalt im Sockelbereich zwischen den Schienen auszufüllen.

Die Erfindung geht dabei von einem Stand der Technik aus und wird im Zusammenhang mit Ausführungsformen beschrieben, bei der eine Sperrplatte zwischen den Schienen angeordnet ist und den Spalt nach unten verschließt. Der Schweißdraht wird mittels eines Schweißroboters gesteuert, um die Wurzellage auszubilden. Die Erfindung bietet jedoch auch allgemeinere Anwendungsmöglichkeiten und könnte beim Verschweißen der Enden von Schienen verschiedener Ausführungsformen von Sperrplatten oder auch bei anderen Schweißprozessen eingesetzt werden, bei denen zwischen zwei vergleichsweise schweren Metallteilen die Wurzellage auf der Oberseite einer relativ dünnen Sperrplatte oder auf einem anderen, den Spalt überbrückenden Elementes abgelagert wird. Mit der insbesondere in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung wird eine Wurzellage hergestellt, die die Nachteile überwindet, die bisher beim Herstellen der Wurzellage zwischen den Schienen durch Aufschmelzen der Sperrplatte beim Ablagern des Metalls entlang der Sperrplatte aufgetreten sind.

Die vorliegende Erfindung wird insbesondere mittels einer standardisierten Schweißrobotersteuerung oder einem Schweißautomatensteuermechanismus durchgeführt, wie er auch zum Durchführen der Schweißprozesse bei den US-Patenten 5,773,779 und US 5,877,468 verwendet wird. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative wird ein Verfahren zum Ablagern geschmolzenen Metalls eines sich vorwärtsbewegenden, vorzugsweise in einem Schweißbrenner geführten Schweißdrahtes zum Ausbilden einer Wurzellage von Schweißmetall im Bodenabschnitt eines Spaltes zwischen einem ersten und einem zweiten Metallteil, vorzugsweise Schienen, vorgeschlagen, wobei die Metallteile im allgemeinen Flachsockelabschnitte aufweisen, zwischen denen eine sich vorzugsweise an die Metallteile anfügende oder an diese anstoßende metallene Sperrplatte erstreckt, wobei dann das Verfahren die Schritte aufweist:

  • - Fliessen eines von einer Stromversorgung gelieferten Schweißstroms zwischen dem Schweißdraht und den Metallteilen, um einen die Schweißwärme erzeugenden Lichtbogen zu erhalten;
  • - Bewegen des Schweißdrahtes in einer (vor-)bestimmten Richtung entlang einer ausgewählten Schweißbahn über die Sperrplatte; und
  • - Abtasten bzw. Erfassen eines Durchschlags oder Durchblasens des Schweißlichtbogens durch die Sperrplatte.

Bei einer Ausführungsform wird, nachdem ein Lichtbogendurchschlag detektiert wurde, eine Richtungsumkehr des Schweißdrahtes bzw. Schweißbrenners entgegen der Bewegungsrichtung eingeleitet, wobei die Bewegungsumkehr vorzugsweise für eine kurze Rücklaufstrecke von weniger als etwa 6,5 mm (1/4 inch) erfolgt, und anschließend wird die ursprüngliche Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes oder Schweißbrenners entlang der ausgewählten Schweißbahn wieder aufgenommen. Durch diese Maßnahme bzw. diesen Korrekturschritt bewegt sich der Schweißbrenner bzw. Schweißdraht, sobald ein unbeabsichtigter Lichtbogendurchschlag durch die Sperrplatte aufgetreten ist, ein wenig zurück, um hierdurch zu ermöglichen, daß geschmolzenes Metall das Lichtbogendurchschlagloch ausfüllen kann. Anschließend kann dann der Schweißprozeß ohne Unterbrechung fortgesetzt werden und in den Boden bzw. die Rückseite der Sperrplatte wird kein Brennschnittspalt hineingeschnitten.

Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein dünner Metalleinsatz oder eine sich verbrauchender bzw. verlorengehende Sperrplatte verwendet, um die Wurzellage während ihrer Ablage abzustützen. Die Sperrplatte wird unterhalb der Stirnflächen der Schienen mittels einer keramischen Kachel oder eines Isolierelementes abgestützt und über seitlich vorspringender Zungen gegen die Unterseite der Schienen geklemmt. Die Sperrplatte bildet quasi einen den Spalt überspannenden Boden zwischen den beiden miteinander zu verschweißenden Metallelementen, bei denen es sich bevorzugt um die Stirnflächen von Schienen für Schienenfahrzeuge handelt. Sofern eine dünne, abschmelzende Sperrplatte verwendet wird, besteht eine relativ hohe Wahrscheinlichkeit eines Lichtbogendurchschlags, wobei der Lichtboden dann die Sperrplatte vollständig durchdringt. Derartige Lichtbogendurchschläge oder Lichtbogendurchschlaglöcher werden nicht erwünscht, solange der Draht oder Schweißbrenner sich quer über die Sperrplatte bewegt. Mit der vorliegenden Erfindung werden Verfahren und Systeme angegeben, mit denen durch Lichtbogendurchschläge entstehende strukturelle Defekte korrigiert werden. Der Nachteil der Lichtbogendurchschläge besteht u. a. darin, daß nach Auftreten eines ersten Lichtbogendurchschlags eine Keimzelle gelegt ist, die zu einem Riß bzw. einer Rißfortpflanzung in der Sperrplatte führen kann, während der Schweißbrenner quer über die Sperrplatte bzw. das Einsatzelement schwingt. Um derartige Lichtbogendurchschläge zu vermeiden, ist es notwendig, einen Metallpuddel unterhalb des Lichtbogens aufrechtzuerhalten, während der Lichtbogen zwischen den Schienen vorwärtsmarschiert. Falls der Schweißbrenner zu schnell bewegt wird und vor den Schweißpuddel gelangt oder der Schweißpuddel vom Lichtbogen wegfließt, nimmt die Wahrscheinlichkeit eines unbeabsichtigten Lichtbogendurchschlags beträchtlich zu. Es ist daher vorteilhaft, die Rißbildung eines Lichtbogendurchschlags dadurch zu verhindern, daß die Drahtbewegungsgeschwindigkeit entlang der ausgewählten Schweißbahn auf einem Wert gehalten wird, der einen Schmelzpuddel zwischen dem Lichtbogen und der abschmelzenden Platte aufrechthält. Dies kann jedoch nicht immer erfolgen; die vorliegende Erfindung sieht daher eine Anordnung zum Detektieren und Kompensieren unerwünschter Lichtbogendurchschläge vor, wenn die Elektrode bzw. der Draht zwischen den Stirnflächen der Schienen hin- und herschwenkt. Die Lichtbogendurchschläge werden mittels eines Überwachungssystems detektiert, das auf einem Lesen oder Abtasten des Schweißstroms basiert. Sobald der Schweißlichtbogen das Einsatzelement oder die Sperrplatte durchschlägt, steigt der Draht- bzw. Elektrodenvorstand (ESO (Electrode Stick-Out)) vor dem Schweißbrenner an. Hieraus resultiert ein Anwachsen des Widerstandes beim Schweißprozeß. Die beim Schweißverfahren und -system verwendete Schweißstromversorgung hat eine stabilisierte Ausgangsspannungssteuerung. Die Spannung wird mittels der Strom- bzw. Energieversorgungseinheit konstant gehalten. Da der Widerstand während eines Lichtbogendurchschlags ansteigt, sinkt der Schweißstrom entsprechend ab. Es besteht folglich eine unmittelbar Korrelation zwischen dem Elektrodenvorstand (ESO) und dem Schweißstrom. Durch Messen oder Abtasten des Schweißstroms kann durch Überprüfen, ob der Schweißstrom unter einen vorgegebenen Wert fällt, ein Lichtbogendurchschlag detektiert werden. Der vorgegebene Wert ändert sich in Abhängigkeit von den verschiedenen, im Wurzellageschweißprozeß verwendeten Schweißdrähten. Ein Erfindungsgedanke besteht darin, einen Korrigierschritt zu schaffen, wenn ein Lichtbogendurchschlag während des Pendelns bzw. Schwingens des Schweißbrenners zwischen den Schienen aufgetreten ist. Der Korrigierschritt verhindert, daß eine Rißfortpflanzung in der sehr dünnen Sperrplatte auftreten kann. In der bevorzugten, praktischen Umsetzung des Erfindungsgedankens wird der Draht zu einem Ausgangspunkt einer Querpendelbewegung zurückbewegt, wenn ein Lichtbogendurchschlag erkannt oder ertastet wurde. Eine vereinfachtere Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens umfaßt das bloße Zurückbewegen des Drahtes um ein kurzes Stück, wenn ein Lichtbogendurchschlag bei einer Querpendelbewegung des Drahtes ertastet wurde.

Eine Automatiksteuerung bewegt den Schweißbrenner auf der ausgewählten Schweißbahn oder dem ausgewählten Schweißmuster, welche im Detail weiter unten beschrieben wird. Der Automatiksteuerer bzw. ein Schweißautomat sind für die Bewegung des Schweißbrenners verantwortlich und können durch Rückmeldungen von dem Schweißprozeß die Schweißbrennerbewegung einstellen. Anzumerken ist, daß es Standard im Stand der Technik ist, zumindest für die Steuerung der Vorwärtsbewegung die Elektrode mittels des den Schweißbrenner bewegenden Schweißautomaten auf der ausgewählten Schweißbahn oder -muster zu bewegen. Nach der Erfindung wird nun abgetastet, ob der Schweißstrom unter einen vorgesetzten Wert fällt, so daß ein Lichtbogendurchschlag detektiert wird. Falls dies auftritt, bewegt die Automatiksteuerung des Schweißroboters den Schweißroboter in umgekehrter Richtung zurück zum letzten Entscheidungspunkt oder um eine kurze Strecke auf dem gewählten Schweißbahnmuster zurück. Der Schweißdraht wird aufgeschmolzen und füllt die Lichtbogendurchschlagsöffnung bzw. -loch, so daß der Schweißvorgang ununterbrochen über das zuvor in der Sperrplatte entstandene Lichtbogendurchschlagloch fortgesetzt werden kann. Der Schweißbrenner geht dann wieder in seine normale Vorwärtsbewegungsrichtung entlang des ausgewählten Schweißbahnmusters über und fährt hierbei wiederum über das Lichtbogendurchschlagloch. Das vor dem Schweißbrenner befindliche aufgeschmolzene Metall füllt jegliche durch den Lichtbogendurchschlag entstandenen Löcher. Da der Schweißvorgang fortgesetzt wird, kann sich ein Schweißbad und eine Schweißraupe unterhalb des Lichtbogens weiterhin ausbilden. Dieses Metall füllt das aufgrund des Lichtbogendurchschlags entstandene Loch, so daß die kurzfristige oder kurzstreckige Richtungsumkehr des Schweißbrenners, ggf. bis zu dem letzten Entscheidungspunkt, das Lichtbogendurchschlagloch sofort füllt. Der Lichtbogendurchschlagdefekt in der Wurzellage wird hierdurch ausgeglichen und der Schweißvorgang fortgesetzt. Kurz gesagt, der Schweißstrom wird überwacht, während der Schweißbrenner vor- und zurückgeschwungen wird. Falls der Schweißstrom auf einen relativ niedrigen Wert, der für einen Lichtbogendurchschlag kennzeichnend ist, abfällt, wird die Schwingbewegung des Schweißbrenners umgedreht, um das Lichtbogendurchschlagloch auszufüllen, so daß anschließend der Schweißbrenner seine ursprüngliche, normale Bewegung entlang der ausgewählten Schweißbahn wieder aufnehmen kann. Ein Lichtbogendurchschlag kann auch detektiert werden, während der Schweißbrenner sich parallel zu den Stirnflächen, d. h. längsweise im Spalt zwischen den Stirnflächen der Schienen bewegt. Auch diese Teilstrecken gehören zu dem ausgewählten Schweißbahnmuster für die Schwingbewegung des Schweißbrenners; die Teilstrecken sind jedoch äußerst kurz und es wird ein Lichtbogendurchschlag benötigt, um den Stoßfugenbereich auszufüllen. Die Erfindung stellt sicher, daß zumindest in aufeinanderfolgenden Längsbewegungsschritten an jeder Stoßfuge des Spaltes ein Lichtbogendurchschlag auftreten kann. Falls ein Lichtbogendurchschlag detektiert wird, wird dieser aufgezeichnet. Auf diese Weise kann ein Lichtbogendurchschlag auf der nächsten Teillängsstrecke an derselben Seite des Spaltes erzwungen werden, falls auf der vorhergehenden Teilstrecke kein Lichtbogendurchschlag ertastet wurde.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird an den Stoßfugen oder Verbindungsstellen zwischen der Stirnfläche der Schiene und der Sperrplatte derart gearbeitet, daß eine Kehlnahtschweißung erzielt wird, indem ein abgewinkelter Schweißbrenner entlang der Stoßfuge oder Verbindungsfuge bewegt wird. Die Kehlnahtverschweißung wird zwischen den dickeren, schweren Stirnflächen der Schiene und der dünnen Sperrplatte bewirkt. Dieser Stoßfugenschweißaspekt der Erfindung kann auch bei zahlreichen anderen Verbindungsstellen verwendet werden, bei denen schwere Metallstücke über eine dünne Metallplatte verbunden sind oder verbunden werden sollen. In der Stoßfugen- oder Kehlnahtverschweißung an der Verbindungsstelle zwischen Sperrplatte und den Stirnflächen der Schiene ist es wünschenswert, eine annähernd 100%-ige Durchdringung zu erzielen, um eine gleichmäßige Schweißnahtgestaltung an der Rückseite der Schweißnaht zu erhalten. Diese gleichmäßige Schweißnahtkontur ist ausschlaggebend für ein sauberes Erscheinungsbild der Wurzelschweißlage. Im Stoßfugenbereich der Wurzellage wird daher ein Lichtbogendurchschlag benötigt, um den Durchfluß geschmolzenen Materials zwischen dem Einsatzelement (Sperrplatte) und der Schiene kontrollieren zu können. Falls eine unzureichende Durchschweißung vorliegt, ist das Metall der Sperrplatte an der Stoßfugenverbindung nicht vollständig aufgeschmolzen. Hieraus können Kaltrisse oder Kraterrisse und/oder Bindefehler an der Rückseite der Schweißung auftreten. Sollte eine zu starke Durchschweißung oder ein zu starker Durchfluß aufgeschmolzenen Materials an dem Stoßfugenbereich auftreten, kann sich ein spitzer Wiedereintrittswinkel an der Rückseite der Schweißung ausbilden. Zusätzlich kann das aufgeschmolzene Metall über das Urmaterial der Schienen unter Ausbildung einer Kerbnut hinausragen. Auch diese Nachteile werden erfindungsgemäß vermieden, indem ein gesteuerter Lichtbogendurchschlag automatisch von Zeit zu Zeit entlang der Stoßfugenschweißung erzeugt wird. Die automatische Steuerung erlaubt, daß ein Schweißbewegungskontroller, wie z. B. ein Schweißautomat, periodische Lichtbogendurchschläge der Stoßfugenschweißnaht, zumindest in der nächstfolgenden Längsteilstrecke des Schweißbahnmusters, garantiert. Durch Ertasten und Steuern der Anzahl und Position der periodischen Lichtbogendurchschläge wird eine annähernd ideale Verschweißung im Stoßfugenbereich der Wurzellage erhalten. Die Gewährleistung regelmäßig wiederkehrender Lichtbogendurchschläge im Stoßfugenbereich ist daher ein weiterer Hauptaspekt und Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung.

Beim Bewegen des Schweißbrenners entlang der vorgewählten Schweißbahn existieren an der Kreuzungsstelle zwischen der Querpendelbewegung und der Längsbewegung des Schweißbrenners erfindungsgemäß vorgesehene Entscheidungspunkte. Diese Entscheidungspunkte erstrecken sich mithin entlang der Stoßfugenverbindung. Sobald der Lichtbogen einen dieser Entscheidungspunkte erreicht, wird bestimmt, ob ein Lichtbogendurchschlag aufgrund eines Schweißstromabfalls detektiert worden war. Falls ein Lichtbogendurchschlag detektiert wurde, wird dies aufgezeichnet. Falls kein Lichtbogendurchschlag an einer ersten Längsteilstrecke im Bereich der Stoßfugenverbindung aufgetreten ist, führt der Schweißbrenner seine Bewegung quer über den Spalt fort und kommt dann, z. B. bei einem mäanderartigen Schweißbahnmuster, kurze Zeit später wieder zu der nächsten Längsteilstrecke auf derselben Seite des Spaltes. An dieser nächsten Längsteilstrecke an der Verbindungsfuge zwischen der Sperrplatte und den Randkanten der Schiene tritt nun erfindungsgemäß ein Lichtbogendurchschlag auf. In anderen Worten, durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen tritt ein Lichtbogendurchschlag zwangsläufig an einer ersten oder einer dieser nachfolgenden zweiten Längsteilstrecke auf, wobei unter Längsteilstrecke die kurze Bewegung des Schweißbrenners parallel zu den Schienen zu verstehen ist. Falls kein natürlicher Lichtbogendurchschlag an der zweiten Teilstrecke auftritt, wird die Spannung abgesenkt, um die Wirk- bzw. Querschnittsfläche des Lichtbogens zu mindern. Hieraus resultiert eine Fokussierung des Lichtbogens und folglich ein erzwungener Durchschlag durch die Sperrplatte. Aufgrund der Tatsache, daß zumindest bei jedem zweiten Durchlauf einer auf derselben Schienenseite angeordneten Längsteilstrecke ein erzwungener oder unerzwungener Lichtbogendurchschlag an der Stoßfuge auftritt, wird eine Stoßfugenverbindung beim Hin- und Herschwingen des Schweißbrenners erzeugt, die näherungsweise 100% Durchschweißung aufweist. Das Resultat dieses erfindungsgemäßen Vorteils ist eine Qualitätssteigerung an der Kehlverbindungsnaht der Wurzellage.

Bei einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung in die Praxis liegen an jedem Richtungswechsel entlang der ausgewählten Schweißbahn zwischen den Querteilstrecken und den kurzen Längsteilstrecken Entscheidungspunkte vor, die von einem Computer erkannt werden. Sobald ein Durchschlag ertastet wird, wird die Bewegungsrichtung des Schweißbrenners oder Schweißdrahtes umgedreht und kehrt zum letzten Entscheidungspunkt zurück. Die Erfindung ertastet hierbei auch beabsichtigte bzw. erzwungene Lichtbogendurchschläge im Stoßfugenbereich, um sicherzustellen, daß von Zeit zu Zeit Lichtbogendurchschlaglöcher vorliegen, die eine exzellente Durchschweißung ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen über die ausgewählte Schweißbahn verteilt eine Reihe von Entscheidungspunkten vor, wenn sich der Schweißbrenner entlang der Stoßwinkel zwischen der Sperrplatte und der Stirnfläche einer der Schienen bewegt. An jedem dieser Entscheidungspunkte wird eine Bestimmung durchgeführt, ob ein Lichtbogendurchschlag, erzwungen oder ungezwungen, aufgetreten ist. Falls kein Lichtbogendurchschlag an zwei nebeneinanderliegenden Entscheidungspunkten einer Längsteilstrecke an der Stoßfugenschweißung aufgetreten ist, wird die Spannung der Schweißstromversorgung abgesenkt, um die Wirkfläche des Lichtbogens zu reduzieren, wodurch der Lichtbogen konzentriert wird und infolgedessen ein erzwungener Durchschlag auftritt. Bei Kombination dieses Erfindungsgedankens mit den anderen Erfindungsgedanken wird eine deutlich verbesserte Wurzellage entlang des Oberseite der abschweißenden Sperrplatte und in den Stoßfugenbereichen erzeugt.

Die Erfindung umfaßt weitere Aspekte, die teilweise bisher keinen Niederschlag in den Schutzansprüchen gefunden haben, jedoch Gegenstand weiterer oder eigener Schutzansprüche werden könnten. Diese Erfindungsgedanken bieten insbesondere zusammen mit den weiter oben beschriebenen Erfindungsgedanken vorteilhafte Ausführungsformen, können jedoch auch von eigenständiger erfinderischer Bedeutung sein. So kann bei der Umsetzung der Erfindung das normalerweise vom Schweißautomaten im Spalt zwischen den Schienen verwendete, schlängelnde Bewegungs- bzw. Bindungsmuster modifiziert werden zu einer insbesondere mäanderartigen Pendelmusterbewegung, wobei der vormarschierende Schweißdraht, gesteuert von einem Schweißautomaten, zwischen den zwei Schienenstirnflächen vor- und zurückgeschwungen wird. Auf diese Weise wird der dem Schweißverfahren folgende Schweißdraht derart gesteuert, daß er zuerst in eine erste, auf die eine Schiene winklig zuweisende Lage geschwungen wird, und dann in eine zweite, auf die andere Schienenstirnfläche winklige zuweisende Lage geschwungen wird. Nach dem Schwingschritt bewegt der Schweißautomat den Schweißdraht, während dieser auf die Verbindungsfuge zwischen der Sperrplatte und einer Schienenstirnfläche ausgerichtet ist, in Längsrichtung, d. h. parallel zur Schienenstirnfläche. Dieser Bewegungsschritt in Längsrichtung erfolgt über eine sehr kurze strecke, in der Regel etwa 2-3 mm, während der Schweißdraht etwa 1,6 mm dick ist. Anschließend wird der Schwingschritt in der entgegengesetzten Richtung durchgeführt, wodurch der Schweißdraht in eine auf die gegenüberliegende Stoßfuge zwischen der Sperrplatte und der gegenüberliegenden Schienenstirnfläche zeigende Lage geschwenkt wird. Sobald der Schweißdraht diese zweite, schiefe bzw. winklige Lage einnimmt, wird er wiederum längsweise verschoben, um einen Bewegungszyklus zu vervollständigen. Der zuvor beschriebene Zyklus wird wiederholt, um eine sich entlang der gesamten Sperrplatte erstreckende Schweißbahn abzufahren, so daß die Wurzellage, da die Sperrplatte zumindest an ihrer Oberseite aufgeschmolzen wird, abgelegt wird. Die Sperrplatte bildet eine Barriere, die eine glatte und ebene Unterfläche an der mittels der Wurzellage hergestellten Schweißverbindung erzeugt. Erfindungsgemäß kann der Schweißautomat hierbei den Abstand des den Schweißdraht haltenden Schweißbrenners oberhalb der Sperrplatte konstant halten, während die Schwingbewegung des den Schweißdraht tragenden Schweißbrenners ausgeführt wird. Durch Kombination der Pendelbewegung und des Aufrechterhaltens eines konstanten Abstandes zwischen Schweißdraht und Sperrplatte kann ein einheitliches Wurzellagenschweißmuster mit dem Schweißdraht erzeugt werden.

Die ausgewählte Schweißbahn des Schweißbrenners hat vorzugsweise ein rechtwinkliges Bewegungsmuster. Auf dieser ausgewählten Schweißbahn bewegt sich mithin der Brenner bzw. der Schweißdraht senkrecht zu den Stirnflächenwänden der Schienen. Diese Bewegung wird begleitet von einer Pendel- bzw. Schwingbewegung des Schweißbrenners in Schieflage, während dem Schweißdraht für den Schweißvorgang Schweißstrom zugeführt wird. Bei Erreichen der Stirnflächenwände der Schienen hält der Schweißbrenner seine winklige Lage, gerichtet auf die Stoßfuge zwischen der Sperrplatte und den Schienenstirnflächen, bei, und anschließend wird der Schweißbrenner in dieser Lage parallel zu den Stirnflächenwänden der Schienen vorgeschoben. Nach Durchlaufen einer kurzen, vorbestimmten Distanz, parallel der Schienenstirnflächen, stoppt der Schweißautomat den den Schweißdraht tragenden Schweißbrenner ab. Anschließend werden der Schweißbrenner und der Schweißdraht zurückgeschwenkt bzw. zurückgeschwungen zu der gegenüberliegenden Schiene. Wenn der Schweißbrenner die gegenüberliegende Schiene erreicht, nimmt der Schweißbrenner wiederum eine winklige Lage ein, deren Schwenkwinkel dem Schwenkwinkel auf der gegenüberliegenden Seite entspricht, nur zur anderen Richtung hinweist. Anschließend setzt wiederum eine kurze Vorwärtsbewegung, d. h. parallel zu den Schienenstirnflächen, ein und anschließend wird der Zyklus solange wiederholt, bis ein vollständiges Schweißmuster oder eine vollständige Schweißbahn erzeugt wurde. Durch Verwendung des rechtwinkligen Wellenmusters und des Schwingens bzw. Pendels zusammen mit dem Aufrechterhalten der Höhe des Schweißbrenners von der Sperrplatte werden zahlreiche Vorteile der verschiedenen Erfindungsgedanken vereinigt.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, die sehr einfach in standardisierte Schweißsteuermechanismen implementiert werden können, so daß qualitativ hochwertige Wurzellagen aufgetragen werden können, um einen Spalt zwischen den Enden von Schienen für Schienenfahrzeuge auszufüllen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, die den Lichtbogenschweißstrom dazu verwenden, zu bestimmen, ob ein unerwünschter Lichtbogendurchschlag aufgetreten ist, so daß die Lichtbogendurchschlagslöcher anschließend gefüllt werden können. Andererseits werden Durchschlagslöcher absichtlich im Stoßfugenbereich erzeugt, um eine ideale Stoßfugenschweißverbindung für die Wurzellage zu erhalten. Ein anderer Erfindungsaspekt besteht darin, die Lichtbogendurchschläge zu ertasten und die unerwünschten Lichtbogendurchschlagslöcher zu füllen. Noch ein weiterer Erfindungsaspekt besteht darin, mit dem Verfahren bzw. dem System eine Stoßfugenschweißverbindung zwischen der Schiene und der Sperrplatte zu erzeugen, in dem diskontinuierlich Serien von erzwungenen Lichtbogendurchschlägen erzeugt werden, um eine gewünschte Durchschweißung zu erhalten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in der zum Zwecke der Illustration des Erfindungsgedankens bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Eisenbahngleiskörper mit zwei voneinander beabstandeten Schienen, zwischen denen ein Spalt g vorhanden ist, der mittels eines automatisch gesteuerten Lichtbogenschweißverfahrens, wie es in den Patenten US 5,773,779 und US 5, 877,468 offenbart ist, zu füllen ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Bereichs unterhalb des Spaltes zwischen den Schienen, wobei ein Schweißbrenner gezeigt ist, der zur Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird und der auch bei den früheren, oben genannten Patenten desselben Anmelders verwendet wurde;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Sperrplatte;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 in Seitenansicht ein Illustrationsbeispiel, wie die Schweißautomaten-Steuerung und die Schweißstromversorgung im bevorzugten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden, um die Wurzellage im Schweißspalt vorzusehen;

Fig. 6 eine schematische Darstellung, wie der den Schweißdraht tragende Schweißbrenner über den Sperrplattenstreifen bewegt und ein Lichtbogendurchschlag erzeugt wird;

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich zu Fig. 6, wobei die Korrektionsbewegung verdeutlicht ist, die erfindungsgemäß vorgenommen wird, nachdem ein Durchschlag des Lichtbogens durch die Sperrplatte aufgetreten ist;

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht an der Stoßfugenverbindungsstelle zwischen der Sperrplatte und einer der Schienen, wobei ein erfindungsgemäß erzeugter Lichtbogendurchschlag dargestellt ist;

Fig. 9 eine Darstellung ähnlich zu Fig. 8, wobei die nach Auftreten des Lichtbogendurchschlags vorgenommene Korrektionsbewegung des Schweißbrenners dargestellt ist;

Fig. 10-13 schematische Darstellungen, die das Konzept des Lichtbogendurchschlags und die Steuerung des Lichtbogendurchschlags über die Schweißstromversorgung zeigen;

Fig. 14 schematisch einen Verdrahtungsschaltplan, der den Abtastschaltkreis zum Abtasten eines Lichtbogendurchschlags und zum Einstellen der Schweißautomaten-Steuerung zeigen, um nach einem Lichtbogendurchschlag den Korrektionsschritt vorzunehmen;

Fig. 15 ein Kurvendiagramm mit den Betriebsparametern für den Steuerschaltkreis nach Fig. 14;

Fig. 16 eine Draufsicht auf den Schweißspalt oberhalb der Sperrplatte, wobei das erfindungsgemäß mittels des automatischen Steuermechanismus erzeugte Schweißmuster gezeigt ist;

Fig. 17 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts des Schweißmusters aus Fig. 16 zur Verdeutlichung der Erfindung;

Fig. 18 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 17, wobei weitere Teilaspekte der erfindungsgemäßen Steuermechanismen beim Bewegen des Schweißbrenners entlang des gewählten Musters gezeigt sind;

Fig. 19-21 Schnittansichten des Stoßfugenbereichs der Wurzelnaht mit drei Durchdringungszuständen, die jeweils beim Einsatz der Erfindung erhalten werden können; und

Fig. 22 eine Darstellung dreier unterschiedlicher Stoßfugenübergänge zwischen der Platte und der Schiene, die beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung angetroffen werden können.

Fig. 1 zeigt zwei voneinander beabstandete, auf Schwellen 20 montierte Schienen 10, 12 für Schienenfahrzeuge, wobei zwischen den Stirnflächen 14, 16 der Schienen ein Spalt g vorgesehen ist. Der zwischen den Schienen vorgesehene Spalt g dient zum Verbinden der Schienen im Eisenbahnstrang unter Einsatz eines Schweißautomaten oder automatischen Steuermechanismus, um einen Schweißprozeß durchzuführen, wie in den Patenten US 5, 773, 779 und US 5,877,468 beschrieben. Der Spalt g ist oberhalb von Flachsockelabschnitten 22, 24 ausgebildet, die zum Abstützen einer unteren Sperrplatte A verwendet werden, wobei die Sperrplatte A zwischen den Flachsockeln 22, 24 positioniert ist, um den Wurzellagebereich festzulegen. Eine Wurzellage ist die erste Schicht eines geschmolzenen Metalls, das mittels eines elektrischen Lichtbogenschweißverfahrens im Spalt g aufgetragen wird. Die Fig. 2 bis 4 zeigen, daß die Sperrplatte A in der sich längs erstreckenden Ausnehmung 42 eines Kupferschuh 40 abgestützt ist, wobei sich die Ausnehmung 42 zwischen den Schienen 10, 12 erstreckt, um eine keramische Kachel oder ein anderes Isolierelement 50 aufzunehmen. Dieses Element 15 klemmt die Sperrplatte A gegen die Unterseiten der Flachsockel 22, 24 der Schienen 10, 12. Insbesondere die Fig. 3 und 4 zeigen, daß die Sperrplatte A seitlich nach außen überstehende Endzungen 60 und eine Anzahl von zwischen den seitlichen Endzungen 60 angeordneten Mittelzungen 62 aufweist, wobei deren Anzahl von der Länge des Spaltes g abhängt. Die als Verbrauchsplatte ausgelegte Sperrplatte A wird von einer Keramikkachel oder einem Isolierelement 50 abgestützt und mittels Randausschnitten 70 in den Zungen 60, 62 gegen die Randkanten der Flachsockelabschnitte 22, 24 der Schienen 10, 12 angeklemmt. Die Randausschnitte 70 sind vorzugsweise mit den in Fig. 4 angegebenen Abmessungen versehen (1,6 mm; 0, 25 mm; 0,76 mm; 2,5 mm; 3,2 mm). Die Abmessungen der Sperrplatte A sind hierbei für einen Spalt g von etwa 25 mm angegeben. Nachdem die Platte im Spalt g entsprechend der Fig. 2 und 5 eingesetzt wurde, wird geschmolzenes Metall für die Wurzellage auf der Oberseite der Abschmelzplatte A abgelegt. Der Schweißbrenner eines elektrischen Lichtbogenschweißers wird in Zusammenarbeit mit einer Schweißautomaten-Steuerung 100 derart bewegt, daß er einem gewünschten oder ausgewählten Schweißmuster oder Schweißweg während des Schweißvorgangs für die Wurzellage folgt. Der Schweißbrenner T hat ein zylindrisches Gehäuse mit einem Durchmesser x, wobei das zylindrische Gehäuse einen Schweißdrahthalter 80 umgibt, mit dem der Schweißdraht W zur Platte A ausgerichtet werden kann. Eine geeignete Energieversorgungseinheit, normalerweise eine Gleichspannungsversorgungseinheit, leitet einen Stromfluß durch den Schweißdraht W zur Platte A, um einen elektrischen Lichtbogen C zu erzeugen, wobei mit dem Lichtbogen die Wärme erzeugt wird, die benötigt wird, den in den Spalt g vorragenden Schweißdraht W abzuschmelzen, um geschmolzenes Metall zu erhalten, das auf der Platte A abgelegt wird. Das geschmolzene Metall schmilzt die Platte auf und erzeugt eine die Flachsockelabschnitte 22, 24 verbindende Wurzellage als Vorbereitung für das nachfolgende, in höheren Lagen durchzuführende Schweißen zum Füllen des Spaltes g. Der Abstand zwischen dem Halter 80 und der Platte A entspricht dem Elektrodenvorstand (ESO (Electrode Stick-Out)), wobei der Elektrodenvorstand den von der Stromversorgung 110 zu überbrückenden Widerstand beim Schweißvorgang bestimmt. Schutzgas S wird aus dem Schutzgasauslaß 26 zwischen dem Halter 80 und dem Außengehäuse des Schweißbrenners T ausgeblasen und tritt in den Spalt g ein. Der bisher beschriebene Wurzellage-Schweißvorgang entspricht den von der Anmelderin bereits im Stand der Technik getesteten Schweißvorgängen.

Eine Bewegung des Schweißbrenners T bewegt den Schweißdraht W entlang der Platte A, um das Metall für die Wurzellage abzulegen. Diese Bewegung wird mittels eines standardmäßigen Schweißautomaten-Steuermechanismus 100 erzeugt, der mit einer Steuersoftware betrieben wird, die ausgewählte Schweißvorgänge durchführt und eine Echtzeit-Prozeßsteuerung ausführt. Erfindungsgemäß wird der Schweißbrenner T, wie mit Pfeil 102 angedeutet, schwingend hin und herbewegt, während er sich in Vertikalrichtung (Pfeil 104) bewegt. Zwischen den Schwingbewegungen wird der Schweißbrenner T in Längsrichtung, d. h. parallel zu den Stirnflächen 14, 16 der Schienen 10, 12 bewegt, wie dies mit Pfeil 106 angedeutet ist. Erfindungsgemäß wird der Schweißbrenner T pendelnd hin- und hergeschwungen, wie dies mit Pfeil 102 angedeutet ist. Während der Schwing- oder Pendelbewegung stellt der Schweißautomaten-Steuermechanismus die Vertikalhöhe (angedeutet mit Pfeil 104) derart ein, daß die Vertikalhöhe des Schweißbrenners oberhalb der Sperrplatte A konstant bleibt, d. h. der Elektrodenvorstand (ESO) konstant bleibt. Demzufolge bleibt also der Elektrodenvorstand konstant, während der Schweißbrenner T entlang der ausgewählten Schweißbahn bewegt wird. Der Steuermechanismus 100 bewirkt, daß der Schweißbrenner T ein vorgewähltes Muster oder eine vorgewählte Bahn abwandert, während die Wurzellage auf der Abbrennplatte A abgelegt wird. Die ausgewählte Bahn ist ein Aspekt der Erfindung es wird jedoch später beschrieben werden, daß es zur Durchführung des in den Fig. 6 bis 15 dargestellten, am weitesten gefaßten Erfindungsgedankens, nicht notwendig ist, eine ausgewählte Bahn abzufahren.

In den Fig. 6 und 7 ist der Erfindungsgedanke in verallgemeinerter Form dargestellt. Während der Schweißbrenner T hin- und hergehend über die Sperrplatte A bewegt wird, schmilzt der Draht sowie die Abbrennsperrplatte A mittels des Lichtbogens C. Hierbei wird eine aufgeschmolzene Metallraupe P erzeugt. In Fig. 6 ist gezeigt, daß der Lichtbogen, wenn der Schweißdraht W mittels des Schweißbrenners T schneller als die Ausbildung der Raupe P bewegt wird, vor die Stirn 120 der Raupe P. Hieraus resultiert eine hohe Neigung des Lichtbogens, ein Durchblasen bzw. Durchschlagen durch die Sperrplatte A zu verursachen, wie dies durch das Loch BT angedeutet ist. Falls kein Korrekturschritt unternommen wird, entwickelt sich das Loch BT zu einem Brennschnittspalt, der sich entlang der Platte A fortpflanzt, wodurch in der Platte eine rauhe und unebene Unterfläche mit Metallvorsprüngen ausgebildet wird. Ein Aspekt der Erfindung ist nun, daß der Lichtbogendurchschlag, der das Loch BT erzeugt, erkannt bzw. abgetastet wird. Sobald ein Lichtbogendurchschlag ermittelt wird, wird der Schweißbrenner T in seiner Bewegung entlang der ausgewählten Schweißbahn umgekehrt. Wenn diese Richtungsumkehr auftritt, nehmen der Schweißdraht W und der Lichtbogen C eine Stellung über der Schweißraupe bzw. dem Schweißbad ein, die in Fig. 7 gezeigt ist. In der aufgeschmolzenen Raupe bzw. im Schmelzbad wird hierbei eine Vertiefung 130 erzeugt; das aufgeschmolzene Metall in der Raupe P füllt jedoch das Loch BT. Anschließend bewegt sich der Schweißbrenner T wieder in der in Fig. 6 angedeuteten Richtung über das gefüllte Lichtbogendurchschlagloch hinweg. Ein Erfindungsgedanke besteht folglich darin, daß ein Lichtbogendurchschlag erkannt bzw. ertastet wird, daß die Bewegungsrichtung des Schweißbrenners T umgekehrt wird, um das Lichtbogendurchschlagloch auszufüllen und das ein aufgeschmolzener Metallpuddel unter dem Schweißbrenner T erzeugt wird. Der Puddel bzw. die Schweißraupe verhindern einen Lichtbogendurchschlag. In Fig. 8 ist gezeigt, wie der Schweißbrenner T auf die Stirnfläche 14 der Schiene 10 zugeschwenkt ist. Am Stoß zwischen Platte A und Eckkante 114 ist ein durch einen Lichtbogendurchschlag verursachtes Loch BT gezeigt. Falls dieser Zustand auftritt, wird die Bewegungsrichtung des Schweißbrenners T umgekehrt, wie in Fig. 9 gezeigt ist, um zu ermöglichen, daß der aufgeschmolzene Puddel bzw. die Schweißraupe P sich vorwärts bewegt und eine Kehlnaht zwischen der Randkante 140 und der Platte A ausbildet, wie dies in Fig. 9 als aufgeschmolzene Metallmasse 150 gezeigt ist. Die Fig. 8 und 9 illustrieren das Auftreten eines geometriebedingten, ungezwungenen Lichtbogendurchschlags, sobald der Schweißdraht die Randkante 140 erreicht. Die Richtungsumkehr des Schweißbrenners T ist in umgekehrter Richtung (rückwärts). Falls ein Lichtbogendurchschlag auftritt, während der Schweißbrenner parallel zur Randkante 140 bewegt wird, findet keine Richtungsumkehr statt. Der Lichtbogendurchschlag bildet nämlich eine ideale Kehlnahtverbindung an der unteren Kante 140 der Schiene 10. Wie noch erläutert werden wird, ist es wünschenswert, von Zeit zu Zeit einen Lichtbogendurchschlag an der Stoßfugenverbindung entlang der Randkante 140 der Schienen 10, 12 zu verursachen. Falls kein ungezwungener Lichtbogendurchschlag auftritt, wird gemäß einem anderen, schematisch in den Fig. 10 bis 13 dargestellten Aspekt der Erfindung ein Lichtbogendurchschlag erzwungen. An der Stoßfuge zwischen Sperrplatte A und Stirnfläche der Schienen 10, 12 liegen für den Schweißdraht unterschiedliche Bedingungen vor, wie in Fig. 22 gezeigt ist. Bei einem Zwischenspalt an der Stoßfuge, wie in der obersten Darstellung in Fig. 22 gezeigt, ist ein Lichtbogendurchschlag sehr wahrscheinlich. Bei einer Überlappung, wie in der untersten Darstellung gezeigt, wird ein erzwungener Lichtbogendurchschlag am ehesten benötigt.

Aus Fig. 10 geht hervor, daß der Vorstand D1 zwischen dem Halter im Schweißbrenner T und der Sperrplatte A während der Bewegung des Schweißbrenners T konstant bleibt, um die Wurzellage an den Stoßrändern 140 auszubilden. In der rechten Hälfte in Fig. 10 ist gezeigt, daß bei einem Lichtbogendurchschlag durch das Loch BT eine erhebliche Vergrößerung des Vorstands verursacht wird, wie dies mit D2 verdeutlicht ist. Folglich wird, wenn bei einem eine stabilisierte, konstante Spannungsversorgung 110 verwendenden Schweißvorgang ein größerer Elektrodenvorstand auftritt, der Schweißstrom während des Lichtbogendurchschlags reduziert. Erfindungsgemäß wird daher der Schweißstrom abgetastet. Der aktuelle Wert des Stroms wird verwendet, um einen Lichtbogendurchschlag zu detektieren, so daß Korrekturschritte, wie in den Fig. 7 und 9 dargestellt, vorgenommen werden können. Um einen erzwungenen Lichtbogendurchschlag zu verursachen, wenn dieser im Stoßfugenbereich an den Rändern 140 benötigt wird, wird das in Fig. 11 dargestellte Verfahren eingesetzt. In der rechten Hälfte von Fig. 11 ist gezeigt, wie der Schweißbrenner T über die Platte A bewegt und der Schweißdraht W mittels der Wärme des Lichtbogens C aufgeschmolzen wird. Im Normalbetrieb beim Ablegen geschmolzenen Metalls vom Draht W auf der Platte A wird auch die Platte A mittels der Wärme des Lichtbogens aufgeschmolzen. Lichtbogen C hat dann einen Nominaldurchmesser a. Wenn der Lichtbogen C auf den Stoßfugenbereich zubewegt wird, behält er seinen Nominaldurchmesser a. Bei Erreichen des Stoßfugenbereichs an der Randkante 140 kann in Abhängigkeit von der in Fig. 22 dargestellten Stoßfugengeometrie ein Lichtbogendurchschlag auftreten oder nicht. Um eine möglichst ideale Stoßfugenverbindung an den Randkanten 140 zu erzeugen, besteht jedoch zumindest von Zeit zu Zeit, insbesondere im Bereich der Zungen 60, 62, ein Bedarf für einen (periodischen) Lichtbogendurchschlag. Dieser Bereich entspricht der untersten Darstellung in Fig. 22. Ein Lichtbogendurchschlag wird mithin zumindest von Zeit zu Zeit im Stoßfugenbereich erwünscht. Um einen Lichtbogendurchschlag zu erzwingen, wird die Spannung der Schweißstromversorgung 110 reduziert. Die Reduzierung der Spannung verursacht, daß der Durchmesser des Lichtbogens C sich verkleinert auf den Durchmesser b, wie dies in der linken Hälfte von Fig. 11 für den Schweißbrenner T gezeigt ist. In diesem Zustand hat der stärker konzentrierte Lichtbogen eine größere Lichtbogenkraft und eine kleinere Wirkfläche als der in der rechten Hälfte gezeigte Lichtbogen mit größerer Wirkfläche. Die Durchmesserreduzierung erzeugt mithin einen erzwungenen Lichtbogendurchschlag, wenn dieser in dem Stoßfugenbereich an den Randkanten 140 benötigt wird. Die größere Wirkfläche eines normalen Lichtbogens ist auch in Fig. 13 gezeigt, wohingegen die kleinere Wirkfläche eines einen erzwungenen Lichtbogendurchschlag bewirkenden Lichtbogens in Fig. 12 gezeigt ist. Der Lichtbogendurchschlag verursacht mithin ein Lichtbogendurchschlagloch BT. Erfindungsgemäß wird also zur Regelung des Schweißvorgangs zwischen Platte A und den Randkanten 140 entlang der unteren Sockelabschnitte der Schienen 10, 12 das zuvor beschriebene Konzept verwendet, um einen erwünschten, erzwungenen Lichtbogendurchschlag zu erzielen. Eine erfindungsgemäße Verfahrensvariante verwendet den erzwungenen Lichtbogendurchschlag, wie noch erläutert werden wird.

Um zu bestimmen, wann ein Lichtbogendurchschlag zur Richtungsumkehr des Schweißbrenners aufgetreten ist, wird das in den Fig. 14 dargestellte Regelsystem und die in Fig. 15 gezeigte Regelkurve bevorzugt verwendet. Ein Shunt 200 mißt kontinuierlich den Lichtbogenstrom zwischen Draht W und Schienen 10, 12, während der Schweißbrenner T der ausgewählten Schweißbahn folgt, wie dies in Fig. 16 angedeutet ist. Die Spannung in Leitung 202 ist ein Eingangssignal eines Komparators 204. Das andere Eingangssignal des Komparators ist der Output eines in Block 206 gesetzten Schwellenwertes. Dieser Wert wird in Abhängigkeit von dem verwendeten Draht mittels des Einstellnetzwerks 208 eingestellt. Durch Vergleichen des Ausgangssignals von Schaltkreis 206 an Leitung 210 mit der charakteristischen Spannung in Leitung 202 schaltet der Komparator 204 die Schaltlogik auf die Ausgangsleitung 212, sobald die Spannung in Leitung 202 die Spannung in Leitung 210 erreicht. Diese Schaltlogik ist mit einem Eingang der Schweißautomaten-Steuerung 100 verbunden, um anzuzeigen, daß ein Lichtbogendurchschlag aufgetreten ist. Falls dies geschieht, dreht die Schweißautomaten-Steuerung die Bewegungsrichtung des Schweißbrenners T kurzfristig und für eine sehr kurze Strecke um, um zu ermöglichen, daß das unter dem Schweißdraht befindliche geschmolzene Metall das Loch BT ausfüllen kann, wie dies in den Fig. 7 und 9 gezeigt ist. Im Anschluß daran wird der Schweißbrenner T für einen kontinuierlichen Schweißvorgang vorwärtsbewegt. Der Draht W bewegt sich kontinuierlich entlang der ausgewählten Bahn. Beim Detektieren eines Lichtbogendurchschlags dreht der Draht seine Richtung bloß für eine kurze Strecke um und setzt dann seine Vorwärtsbewegung fort. Die vorbeschriebenen Maßnahmen bilden einen beträchtlichen und bedeutenden Fortschritt in der Technologie zum Ablegen von Wurzellagen zwischen Schienen 10, 12. Im Kurvendiagramm in Fig. 15 ist mit der Kurve 220 gezeigt, daß der Schweißstrom im allgemeinen hoch bleibt, bis ein Lichtbogendurchschlag auftritt. Zum Zeitpunkt des Lichtbogendurchschlags fällt der Schweißstrom, da der Vorstand (ESO) anwächst und die Spannung der Schweißstromversorgung 110 auf einem eingestellten Wert bleibt. Beim Absinken der Stromstärke erreicht diese den für Schaltkreis 206 gesetzten Wert (K), wie dies mit Linie 222 gezeigt ist. Daher bildet der Punkt 224 in Fig. 15 einen Hinweis für einen Lichtbogendurchschlag und der Steuermechanismus 100 kehrt die Bewegungsrichtung des Schweißbrenners für eine vorgewählte Strecke um. Bei einer erfindungsgemäßen praktischen Umsetzung des Erfindungsgedankens geht die Rückbewegung bis zum letzten Entscheidungspunkt zurück, falls der Schweißbrenner entlang der Teilstrecken 310, 312 der Schweißbahn bewegt wird. Bei einer alternativen Umsetzung kann die Rückbewegungsstrecke sehr kurz sein, insbesondere etwa 6 mm. In den kürzeren Längsteilstrecken 314, 316 der Schweißbahn tritt normalerweise keine Richtungsumkehr auf, da diese Längsteilstrecken nicht größer als der Durchmesser des Schweißdrahtes sind. Der Schweißdrahtdurchmesser ist normalerweise etwa 1,6 mm und die Längsteilstrecken 314, 316 sind etwa 2-3 mm lang. In einigen Anwendungsfällen überprüft der Steuermechanismus 100 periodisch den Stromfluß von Shunt 200, der als Spannung in Leitung 204 vorliegt. In diesem Fall wird ein Lichtbogendurchschlag detektiert, sobald bei einer "Überprüfungsschleife" der Strom unterhalb von Linie 222 ist. Falls mittels der den Schweißautomaten-Regelmechanismus 110 betreibenden Steuersoftware ein Überprüfungskommando zum Zeitpunkt 226 ausgegeben wird, detektiert die Schweißautomatensteuerung das Auftreten eines Lichtbogendurchschlags und leitet sofort den Korrekturvorgang ein, d. h. Umdrehen der Bewegungsrichtung des Schweißbrenners für eine kurze Zeitspanne. In der Praxis bewegt die Umkehrbewegung den Schweißbrenner zu der vorherigen "Überprüfungsstellung" und wieder zurück. Die Vorwärtsbewegung wird dann wieder aufgenommen, falls anschließend kein Lichtbogendurchschlag ertastet wird.

Nun wenden wir uns den Fig. 16 bis 18 zu. Erfindungsgemäß wird der Schweißbrenner T auf der ausgewählten Schweißbahn 300 bewegt, wie in Fig. 16 dargestellt. Diese Schweißbahn umfaßt eine Serie von Bewegungszyklen, die Querteilstrecken 310, 312 und diese verbindende Längsteilstrecken 314, 316 umfaßt. Der Schweißbrenner T pendelt entlang der Querteilstrecke 310 zu einer Stellung gem. Fig. 8. Anschließend bewegt er sich entlang der längsweis sich erstreckenden Stoßfugenränder 140, wie mit Teilstrecke 314 dargestellt. Die Länge der Teilstrecke 314 ist notwendigerweise sehr kurz, um eine Überlappung des geschmolzenen Materials zu bewirken und ist im allgemeinen nur etwas größer als der Durchmesser des zum Ausbilden der Wurzellage verwendeten Schweißdrahtes. Bei einem Schweißdraht von 1,6 mm Durchmesser haben die Längsteilstrecken 314, 316 eine Länge von ungefähr 2-3 mm. Anschließend pendelt der Schweißbrenner T entlang der Teilstrecke 312 und danach wiederum längsweise entlang der Randkante 140 bzw. entlang der Teilstrecke 316. Dieser Zyklus wird wiederholt, um eine vollständige Schweißbahn auf der abschmelzenden Sperrplatte A abzulegen. Die ausgewählte Schweißbahn 300 ist insgesamt mäanderartig rechtwinklig dargestellt, um die Hin- und Herbewegung des Schweißbrenners bzw. seine im rechten Winkel hierzu erfolgende Längsbewegung anzudeuten. In Fig. 17 ist ferner gezeigt, daß der Schweißbrenner T, wenn ein Lichtbogendurchschlag bzw. Loch BT entlang der Schweißbahn 310 auftritt, seine Richtung umkehrt (angedeutet mit Pfeil 320) und anschließend seine ursprüngliche Bewegungsrichtung wieder aufnimmt (angedeutet mit Pfeil 322). Falls ein Lichtbogendurchschlag in Teilstrecke 310 an den Randkanten 140, wie in Fig. 8 gezeigt, auftritt, wird die Bewegungsumkehr entlang der Querteilstrecke 310, zurück zur Abzweigung 316 oder eine kurze Strecke auf diese zu, bewirkt. Dies ermöglicht das Schließen des durch den Lichtbogendurchschlag erzeugten Lochs, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Falls der Lichtbogendurchschlag in der Teilstrecke 310 aber im Abstand von der Randkante 140 auftritt, wird der gleiche Korrigierschritt durchgeführt und das Lichtbogendurchschlagloch BT gefüllt. Fig. 18 zeigt eine Schweißbahn mit zwei Lichtbogendurchschlägen BT. Im ersten Fall wird der Lichtbogendurchschlag für diese Teilstrecke aufgezeichnet und beim nächsten Abfahren der Teilstrecke 314 wird kein Lichtbogendurchschlag erzwungen. Im zweiten Fall wurde der Lichtbogendurchschlag entlang der Teilstrecke 312 detektiert, so daß hierdurch eine Richtungsumkehrbewegung stattfindet, bevor die Vorwärtsbewegung entlang der (nicht mehr dargestellten) Teilstrecke 316 wiederaufgenommen wird. Wir wenden uns nochmals Fig. 16 zu, in der die rechtwinkligen Kreuzungen zwischen den Teilstrecken 310, 312, 314 und 316 mit einem Kreuz markiert sind. Diese Kreuze sind Entscheidungspunkte für das den Schweißvorgang beim Erzeugen der Wurzellage steuernde Softwareprogramm. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung liegen alle Entscheidungspunkte entlang der Stoßfugenränder 140 zwischen der Sperrplatte A und den Schienen 10, 12. Die Entscheidungspunkte können auch an ausgewählten Positionen im Schweißmuster 300 vorhanden sein. Sobald der Schweißbrenner T die Entscheidungspunkte während seines Vormarsches entlang der ausgewählten Schweißbahn 300 erreicht, bestimmt der Steuermechanismus 100, ob vor Erreichen des Entscheidungspunktes ein Lichtbogendurchschlag aufgetreten ist. Falls der Entscheidungspunkt am Ende bzw. am Richtungsänderungspunkt der Teilstrecke 310 oder 312 liegt, wird unmittelbar eine Richtungsumkehr entlang derselben Teilstrecke zu dem letzten vorhergehenden Entscheidungspunkt durchgeführt. Anschließend wird die Vorwärtsbewegung wieder aufgenommen, um das Schweißmuster 300 nachzuzeichnen. Falls der Entscheidungspunkt am Ende bzw. Richtungsänderungspunkt einer Teilstrecke 314 oder 316 liegt, wird ein Lichtbogendurchschlag durch Aufzeichnen im Speicher notiert und diese Information wird verwendet, um die Lichtbogencharakteristik festzulegen, wenn das nächste Mal eine entsprechende Längsteilstrecke erreicht wird. Die gespeicherten Daten werden verwendet, um das Verhältnis von Längsteilstrecken, die Lichtbogendurchschlag benötigen, zum Verhältnis Längsteilstrecken, die keinen Lichtbogendurchschlag benötigen, festzulegen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der Steuermechanismus 100 ein Softwareprogramm oder eine Softwareroutine, die das Verhältnis von Lichtbogendurchschlägen in den Längsteilstrecken bestimmt. Die Stoßfugenschweißung zwischen Sperrplatte A und Schiene 10 benötigt einen Lichtbogendurchschlag an jeder jeweils anderen Längsteilstrecke 314 bzw. 316.

Falls bei der vorhergehenden Längsteilstrecke 314 bzw. 316 kein Lichtbogendurchschlag war, können, sobald der Entscheidungspunkt an der Führungskante der nächsten Längsteilstrecke erreicht wird, zwei Zustände vorliegen. Falls ein Lichtbogendurchschlag an der Führungskante der Teilstrecke vorliegt, wird das Programm normal weitergefahren. Falls kein Lichtbogendurchschlag detektiert wird, wird die Spannung der Schweißstromversorgung 110 reduziert, um die Wirkfläche des Lichtbogens abzusenken und hierdurch einen Lichtbogendurchschlag zu verursachen, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 10 bis 13 bereits erläutert wurde. Falls Lichtbogendurchschlag an der vorhergehenden Teilstrecke 314 bzw. 316 aufgetreten war und Lichtbogendurchschlag wiederum an der nächsten Teilstrecke auftritt, wird die Spannung der Energieversorgungseinheit 110 gesteigert, um die Wirkfläche des Lichtbogens zu vergrößern und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines weiteren Lichtbogendurchschlags zu minimieren. Im Ergebnis hat dann jede Schiene das korrekte Verhältnis von Lichtbogendurchschlägen. Gemäß diesem Erfindungsaspekt hat jede der Längsteilstrecken 314, 316 die gewünschte, richtige Anzahl von Lichtbogendurchschlägen, die benötigt werden, damit das geschmolzene Metall den Stoßfugenbereich ausfüllen kann, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist. Fig. 20 hingegen zeigt, daß der aufgeschmolzene Metallkuchen 330a sich nicht durch die Sperrplatte A hindurcherstreckt, falls ungeeignete Lichtbogendurchschläge in einer der kürzeren Längsteilstrecken 314 bzw. 316 auftritt, so daß ein Kerbvorsprung 332 unterhalb der Schiene 12 verbleibt. Dieser Kerbvorsprung ist unerwünscht. Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung wird auch dann, wenn ein beträchtlicher Zwischenraum zwischen den Rändern der Sperrplatte A und den Stoßfugenrändern 140 der Schiene 12 existiert, wie dies in der obersten Darstellung in Fig. 22 gezeigt ist, kein übermäßiger Durchfluß erhalten. Ein solcher übermäßiger Metalldurchfluß ist durch die aufgeschmolzene Metallmasse 330b in Fig. 21 verdeutlicht ist.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Steuermechanismus 100 ein Softwareprogramm auf, das bestimmt, ob ein Lichtbogendurchschlag an einem der Entscheidungspunkte vorliegt. Falls kein Lichtbogendurchschlag an der Anlaufkante der Teilstrecke 314 war, muß ein Lichtbogendurchschlag an der Ablaufkante dieser Teilstrecke auftreten. Demzufolge wird, falls kein Lichtbogendurchschlag an beiden Kreuzungspunkten einer Längsteilstrecke war, die Spannung der Schweißstromversorgung 110 reduziert, um die Wirkfläche des Lichtbogens zu verkleinern und hierdurch einen Lichtbogendurchschlag zu erzwingen, wie dies in Zusammenhang mit den Fig. 10 bis 13 erläutert wurde. Im Ergebnis tritt bei einem Steuerprogramm mit diesem Korrigierschritt zumindest ein Lichtbogendurchschlag in jeder der Längsteilstrecken 314, 316 auf, wohingegen das bevorzugte System ein Steuerverfahren umfaßt, das einen Lichtbogendurchschlag zumindest in jeder anderen längsverlaufenden Teilstrecke auf jeder Seite des Spaltes erzeugt. In Übereinstimmung mit diesem zweiten Aspekt der Erfindung weist jede der Teilstrecken 314, 316 zumindest einen Lichtbogendurchschlag auf, der verursacht, daß aufgeschmolzenes Material den Stoßfugenbereich ausfüllt, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist. Sperrplatte A hat eine obere Raupe P und ist mit einem aufgeschmolzenen Metalltropfen 330 ausgefüllt, der eine qualitativ hochwertige Brücke mit der Schiene 12 an deren unteren Rand während des Schweißprozesses für die Wurzellage ausbildet. Fig. 20 hingegen zeigt, daß das aufgeschmolzene Metallbett 330a nicht durch die Sperrplatte A hindurchdringt, falls kein Lichtbogendurchschlag in den kürzeren, Längsteilstrecken 314, 316 aufgetreten war, so daß eine Kerbnut 332 unterhalb der Schiene 12 verbleibt. Diese Kerbnut ist nicht erwünscht. Mittels Verwenden dieses zweiten Erfindungsaspektes tritt, selbst wenn ein beträchtlicher Zwischenraum zwischen dem Rand der Sperrplatte A und der Stoßfugenrandkante 140 der Schiene 12 vorhanden ist, wie dies in der obersten Darstellung von Fig. 22 gezeigt ist, kein übermäßiger Durchfluß von geschmolzenem Material auf. Ein Zustand mit übermäßigem Durchfluß von geschmolzenem Material ist in Fig. 21 mit der aufgeschmolzenen Metallmasse 330b gezeigt.

Falls mithin die vorliegende Erfindung nicht verwendet wird, führt ein großer Abstand, wie er in Fig. 21 gezeigt ist, zu einem zu starken Durchfluß durch den Spalt, wodurch ein übermäßiger kugelförmiger Pfropfen aufgeschmolzenen Materials unterhalb der Schiene erzeugt würde, wie Fig. 21 zeigt. Demzufolge ermöglicht der Einsatz der Erfindung eine Kompensation bei großem Abstand zwischen Sperrplatte A und Schienen 10 bzw. 12. Falls der Zwischenraum nicht ausreicht und kein Lichtbogendurchschlag auftritt, erzeugt die vorliegende Erfindung einen Lichtbogendurchschlag. In beiden Fällen wird dann eine Wurzellage mit aufgeschmolzenem Metall in der Stoßfuge entsprechend Fig. 19 erzeugt, und die in den Fig. 20 oder Fig. 21 gezeigten, nachteiligen Kehlnahtverbindungen werden vermieden. Es kann daher mit der Erfindung, unabhängig von der Lage der Sperrplatte A zwischen den Schienen 10, 12 bzw. relativ zu einer der Schienen 10, 12, wie dies Fig. 22 verdeutlicht, jeweils die gleiche, ideale Stoßfugenverschweißung erzeugt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Ablagern geschmolzenen Metalls eines sich vorwärtsbewegenden Schweißdrahtes zum Ausbilden einer Wurzellage von Schweißmetall im Bodenabschnitt eines Spaltes zwischen einem ersten Metallteil und einem zweiten Metallteil, zwischen denen eine vorzugsweise sich an die Metallteile anfügende oder an diese anstoßende metallene Sperrplatte erstreckt, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
    1. a) Fliessen eines von einer Stromversorgung gelieferten Schweißstroms zwischen dem Schweißdraht (W) und den Metallteilen (10; 12) zum Erhalten eines die Schweißwärme erzeugenden Lichtbogens;
    2. b) Bewegen des Schweißdrahtes (W) in einer bestimmten Richtung entlang einer ausgewählten Schweißbahn (300) über die Sperrplatte (A);
    3. c) Abtasten eines Durchschlags des Schweißlichtbogens (C) durch die Sperrplatte (A);
    4. d) Umdrehen der Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes (W), wenn ein Lichtbogendurchschlag detektiert wurde; und anschließend
    5. e) Wiederaufnehmen der Bewegung des Schweißdrahtes in der bestimmten Bewegungsrichtung entlang der ausgewählten Schweißbahn (300).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsumkehr ein Zurückbewegen über eine kurze Strecke ist.
  3. 3. Verfahren zum Ablagern geschmolzenen Metalls eines sich vorwärtsbewegenden Schweißdrahtes zum Ausbilden einer Wurzellage aus Schweißmetall im Bodenbereich eines Spaltes zwischen einem ersten Metallteil und einem zweiten Metallteil, die vorzugsweise Flachsockelabschnitte aufweisen, wobei sich zwischen dem ersten Metallteil und dem zweiten Metallteil eine vorzugsweise an die Metallteile anstoßende bzw. diese verbindende metallene Sperrplatte erstreckt, gekennzeichnet durch die Schritte:
    1. a) Fliessen eines von einer Stromversorgung gelieferten Schweißstroms zwischen dem Schweißdraht (W) und den Metallteilen (10; 12) zum Erhalten eines die Schweißwärme erzeugenden Lichtbogens;
    2. b) Bewegen des Schweißdrahtes (W) in einer bestimmten Richtung entlang einer ausgewählten Schweißbahn (300) über die Sperrplatte (A), wobei die ausgewählte Schweißbahn (300) aus einer Vielzahl von Bahnzyklen zusammengesetzt ist, die jeweils eine erste sich vom ersten Element (10) zum zweiten Element (12) erstreckende Querteilstrecke (312) und eine nachfolgende, sich von dem zweiten Metallteil (12) zum ersten Metallteil (10) erstreckende zweite Querteilstrecke (310) aufweist, mit die Querteilstrecken (310; 312) verbindenden Längsteilstrecken (314; 316), die sich im wesentlichen senkrecht zu den Querteilstrecken (310; 312) erstrecken und jeweils an den Verbindungsfugen zwischen der Sperrplatte (A) und einem der Metallteile (10; 12) angeordnet sind.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Schweißbahn aus einer Vielzahl von Bahnzyklen zusammengesetzt ist, die jeweils eine erste sich vom ersten Element (10) zum zweiten Element (12) erstreckende Querteilstrecke (312) und eine nachfolgende, sich von dem zweiten Metallteil (12) zum ersten Metallteil (10) erstreckende zweite Querteilstrecke (310) aufweist, mit die Querteilstrecken (310; 312) verbindenden Längsteilstrecken (314; 316), die sich im wesentlichen senkrecht zu den Querteilstrecken (310; 312) erstrecken und jeweils an den Verbindungsfugen zwischen der Sperrplatte (A) und einem der Metallteile (10; 12) angeordnet sind.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrecken (310; 312; 314, 316) eine Anzahl von in Längsrichtung des Spaltes (A) beabstandeter Richtungswechsel-Entscheidungspunkte an der Stoßfuge zwischen der Sperrplatte (A) und einem der Metallteile (10; 12) aufweisen, wobei die Schweißbahn (300) sich zwischen den Teilstrecken (310, 314; 314, 312; 312, 316; 316, 310) im allgemeinen rechtwinklig von Teilstrecke zur nächsten Teilstrecke ändert.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch den Schritt
    1. - Hin- und Herschwingen bzw. Pendeln des Schweißdrahtes (W), während dieser sich entlang der Querteilstrecken (310, 312) der ausgewählten Schweißbahn (300) bewegt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Konstanthalten des Abstandes zwischen Schweißdraht (W) und Sperrplatte (A), während der Schweißdraht (W) entlang der Schweißbahn (300) bewegt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abtastens ein Messen des Schweißstromes umfaßt, während die Spannung der Schweißstromversorgung (110) konstant gehalten wird, und daß ein Durchschlag des Lichtbogens durch die Platte (A) erkannt wird, wenn der Schweißstrom unter einen gesetzten Wert (K) abfällt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gesetzte Wert für verschiedene Schweißdrähte (W) eingestellt werden kann.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt Bestimmen des Auftretens von Lichtbogendurchschlägen an den Entscheidungspunkten zwischen der Sperrplatte (A) und einem der Metallteile (10; 12).
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch den Schritt Einleiten einer Richtungsumkehr bei Detektieren eines Lichtbogendurchschlags, um den Schweißdraht zu einem Entscheidungspunkt oder um eine kurze Distanz zurückzubewegen und anschließend Wiederaufnehmen der Schweißdrahtbewegung in der vorgegebenen Richtung.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Vorrücken des Schweißdrahtes zum nächsten Entscheidungspunkt bei Ausbleiben oder Versagen des Detektieren eines Lichtbogendurchschlags.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Erzwingen eines Lichtbogendurchschlag, falls kein Lichtbogendurchschlag detektiert wurde.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein erzwungener Lichtbogendurchschlag mittels Reduzieren der Spannung der Schweißstromversorgung (110) erzeugt wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Erzwingen eines Lichtbogendurchschlags durchgeführt wird, falls kein Lichtbogendurchschlag an einer bestimmten Anzahl nachfolgender Entscheidungspunkte detektiert wurde.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Anzahl zwei ist.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzwingen eines Lichtbogendurchschlags Reduzieren der Spannung der Schweißstromversorgung umfaßt.
  18. 18. Verfahren zum Ablagern geschmolzenen Metalls eines sich vorwärtsbewegenden, von einem Schweißbrenner geführten Schweißdrahtes zum Ausbilden einer Wurzellage aus Schweißmetall im Bodenabschnitt eines Spaltes zwischen einem ersten Metallteil und einem zweiten Metallteil, die vorzugsweise Flachsockelabschnitte aufweisen, zwischen denen sich eine dünne Sperrplatte erstreckt, wobei am Verbindungsstoß zwischen Sperrplatte und den Flachsockelabschnitten erste und zweite, sich längs des Spaltes erstreckende Stoßfugen ausgebildet sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
    1. A) Fliessen eines von einer Stromversorgung gelieferten Schweißstroms zwischen dem Schweißdraht und den Metallteilen zum Erhalten eines die Schweißwärme erzeugenden Lichtbogens;
    2. B) Bewegen des Schweißdrahtes (W) in einer bestimmten Richtung entlang einer ausgewählten Schweißbahn (300) über die Sperrplatte (A), wobei die Schweißbahn (300) Längsteilstrecken (314, 316) umfaßt, an denen entlang sich der Schweißdraht (W) auch entlang der Verbindungsfugen bewegt;
    3. C) Abtasten eines unerzwungenen Lichtbogendurchschlags durch die Sperrplatte, während sich der Schweißdraht entlang der Teilstrecken bewegt;
    4. D) Erzeugen eines erzwungenen Lichtbogendurchschlags durch die Sperrplatte, falls ein erzwungener oder unerzwungener Lichtbogenschlag auf einer vorwählbaren Länge der Teilstrecke nicht aufgetreten ist;
    5. E) Umdrehen der Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes (W) für eine kurze Strecke, wenn weder ein erzwungener noch ein unerzwungener Lichtbogendurchschlag ertastet wurde; und
    6. F) anschließend Wiederaufnehmen der Bewegung des Schweißdrahtes in der bestimmten ursprünglichen Bewegungsrichtung entlang der entsprechenden Teilstrecke.
  19. 19. Anordnung zum Ablagern geschmolzenen Metalls eines sich vorwärtsbewegenden Schweißdrahtes zum Ausbilden einer Wurzellage aus Schweißmetall im Bodenabschnitt eines Spaltes zwischen einem ersten Metallteil und einem zweiten Metallteil, die Flachsockelabschnitte aufweisen, zwischen denen sich vorzugsweise eine an die Metallteile anfügende metallene Sperrplatte erstreckt, wobei die Anordnung umfaßt:

    eine Schweißstromversorgung (110) zum Liefern eines zwischen dem Schweißdraht (W) und den Metallteilen (10, 12) fließenden Schweißstroms, um einen die Schweißwärme erzeugenden Lichtbogen (C) zu erhalten; einen Schweißautomaten zum Bewegen des Schweißdrahtes in einer vorgegebenen Richtung entlang einer ausgewählten Schweißbahn über die Sperrplatte (A); einen Stromabtastmechanismus zum Bestimmen eines Schweißstromabfalls, der kennzeichnend ist für einen Lichtbogendurchschlag durch die Sperrplatte (A); wobei der Schweißautomat Mittel zum Umdrehen der Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes für eine kurze Strecke umfaßt, wenn ein Lichtbogendurchschlag detektiert wurde; und Mittel zum nachfolgenden Wiederaufnehmen der Bewegung des Schweißdrahtes (W) in der vorgewählten Richtung entlang der ausgewählten Schweißbahn.
  20. 20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromabtastmechanismus Mittel zum Messen des Schweißstroms umfaßt, während die Spannung der Schweißstromversorgung konstant gehalten wird, und Mittel zum Abtasten eines Durchschlags durch die Sperrplatte umfaßt, wenn der Schweißstrom unter einen gesetzten Wert abfällt.
  21. 21. Anordnung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen des Wertes für unterschiedliche Schweißdrähte.
  22. 22. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Schweißbahn aus einer Vielzahl von Bahnzyklen zusammengesetzt ist, die jeweils eine erste sich vom ersten Element (10) zum zweiten Element (12) erstreckende Querteilstrecke (312) und eine nachfolgende, sich von dem zweiten Metallteil (12) zum ersten Metallteil (10) erstreckende zweite Querteilstrecke (310) aufweist, mit die Querteilstrecken (310; 312) verbindenden Längsteilstrecken (314; 316), die sich im wesentlichen senkrecht zu den Querteilstrecken (310; 312) erstrecken und jeweils an den Verbindungsfugen zwischen der Sperrplatte (A) und einem der Metallteile (10; 12) angeordnet sind.
  23. 23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrecken (310; 312; 314, 316) eine Anzahl von in Längsrichtung des Spaltes (A) beabstandeter Richtungswechsel- Entscheidungspunkte an der Stoßfuge zwischen der Sperrplatte (A) und einem der Metallteile (10; 12) aufweisen, wobei die Schweißbahn (300) sich zwischen den Teilstrecken (310, 314; 314, 312; 312, 316; 316, 310) im allgemeinen rechtwinklig von Teilstrecke zur nächsten Teilstrecke ändert.
  24. 24. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, gekennzeichnet durch Mittel zum Hin- und Herschwingen bzw. Pendeln des Schweißdrahtes (W), während dieser sich entlang der Querteilstrecken (310, 312) der ausgewählten Schweißbahn (300) bewegt.
  25. 25. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufrechterhalten des Abstandes des Schweißdrahtes (W) von der Sperrplatte (A) im wesentlichen konstant, während der Schweißdraht (W) entlang der Schweißbahn (300) bewegt wird.
  26. 26. Anordnung zum Ablagern geschmolzenen Metalls eines sich vorwärtsbewegenden Schweißdrahtes zum Ausbilden einer Wurzellage aus Schweißmetall im Bodenabschnitt eines Spaltes zwischen einem ersten Metallteil und einem zweiten Metallteil, zwischen deren sich eine metallene, an die Metallteile anstoßende Sperrplatte (A) erstreckt, gekennzeichnet durch:

    eine Schweißstromversorgung (110) zum Liefern eines zwischen dem Schweißdraht und den Metallteilen fliessenden Schweißstroms, um einen die Schweißwärme erzeugenden Lichtbogen (c) zu erhalten; einen Schweißroboter zum Bewegen des Schweißdrahtes in einer vorgewählten Richtung entlang einer ausgewählten Schweißbahn (300) über die Sperrplatte (A); einen Komparatorschaltkreis (204) zum Ertasten eines Durchschlags des Schweißlichtbogens durch die Sperrplatte (A); einen Steuerschaltkreis zum Umdrehen der Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes für eine kurze Strecke, wenn ein Lichtbogendurchschlag detektiert wurde; und Mittel zum anschließenden Wiederaufnehmen der ursprünglichen Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes (W) entlang der ausgewählten Schweißbahn (300).
  27. 27. Anordnung nach Anspruch 26, wobei der Komparatorschaltkreis (204) einen Shunt (200) zum Messen des Schweißstroms umfaßt, während die Spannung der Schweißstromversorgung (110) konstant gehalten wird und ein Komparator (204) einen Lichtbogendurchschlag detektiert, wenn der Schweißstrom unter ein gesetztes Niveau (222) abfällt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com