專利名稱:單側(cè)焊接中根部焊道的控制方法及其設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及單側(cè)焊接的根部焊道的控制方法，無論坡口角度等情況如何變化，該方法均能確保根部焊道的形狀良好，本發(fā)明還涉及到完成此法所用的設(shè)備。
自動單側(cè)焊接是這樣一種焊接方法在母材的對縫焊過程中，從其表面一側(cè)焊接母材，無需翻轉(zhuǎn)便能得到足夠的焊縫熔深，而且這種焊接是有效而經(jīng)濟的。因此，本法廣泛用于諸如造船用鋼材等大型鋼板的墊板焊接。
在自動單側(cè)焊接中，母材的坡口情況，即，坡口形狀，根部焊縫等情況必須始終提供良好的熔深。然而，母材的各端面趨于不均勻是一缺陷，這是因為(例如)在切削期間產(chǎn)生熱變形而使坡口情況不是總保持不變，以致在焊接以后引起根部焊道的不均勻性。
本發(fā)明的主要目的是為控制單側(cè)焊接中的根部焊道提供一種方法和設(shè)備，從而克服上述傳統(tǒng)的自動單側(cè)焊接法中的缺陷甚至在坡口狀態(tài)不恒定情況下，也能達到根部焊道寬度均勻。
為達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明所提供的控制單側(cè)焊接過程中的根部焊道的方法，確保了根部焊道寬度均勻，該法包括下列步驟(a)在一塊金屬板上安置一種無機材料。
(b)借助于該金屬板，使該無機材料處于同母材背面緊密接觸狀態(tài)。
(c)將一個信號發(fā)生器連接到該母材和金屬板上，該發(fā)生器所產(chǎn)生的電信號與焊機電源的頻率，電流和電壓特性不同。
(d)將來自上述信號發(fā)生器的電信號加到母材和金屬板上，以完成單側(cè)焊接。
(e)在單側(cè)焊接期間，檢測母材和金屬板之間由電信號所產(chǎn)生的電壓或/和電流，以獲得在焊接期間，電弧點上和電弧點周圍的電阻抗。
(f)為維持電阻抗恒定，控制諸如焊接電流，電弧電壓，焊接速度或?qū)Ь€長度等焊接參數(shù)。
還有，根據(jù)本發(fā)明，作為單側(cè)焊接根部焊道的控制設(shè)備包括一個焊機電源，一個信號發(fā)生器，一個信號檢測器，一個帶通瀘波器，一個變換器，一個瀘波器，基準信號設(shè)定裝置，一個比較器和一個積分電路。
信號發(fā)生器被連到母材和金屬板上，該金屬板通過一無機材料與母材背面緊密接觸，而一個在頻率、電流和電壓特性方面不同于電焊機電源的電信號跨接在母材和金屬板上。
帶通濾波器只允許通過來自信號發(fā)生器所需頻率的檢測信號。
變換器將通過帶通濾波器的交流(ac)信號變換成直流(dc)信號。濾波器則去除包含在變換器所產(chǎn)生的dc信號中的噪聲信號。
基準信號設(shè)定裝置根據(jù)所需根部焊道寬度建立一個預(yù)定的標準信號。
比較器將濾波器所產(chǎn)生的dc信號同基準信號設(shè)定裝置所產(chǎn)生的標準信號加以比較，并產(chǎn)生比較結(jié)果的“差”信號。
積分電路對比較器所產(chǎn)生的差信號進引積分，并將其輸出信號加至焊機電源。
焊機電源以這樣一種方式控制焊接參數(shù)，以使積分電路的輸出信號減小到零，并使單側(cè)焊接期間的根部焊道寬度變得均勻。
作為本發(fā)明的一種情況所提供的方法和設(shè)備，采用了恒流特性的200HE頻率的振蕩器作為信號發(fā)生器，在焊接期間，檢測母材和金屬板之間的交流電壓，并將其變換為dc電壓，然后將此dc電壓同標準電壓相比較，由此控制根部焊道寬度，使其變得均勻。
根據(jù)本發(fā)明，利用了這樣一個事實在焊接期間，根部焊道寬度和跨接在母材和金屬板兩端的信號電壓或電流之間存在一種極好的關(guān)系，而該電流或電壓是由來自信號發(fā)生器的電信號加至母材和金屬板上引起的，焊接參數(shù)以這樣一種方式受到控制，以使跨接在母材和金屬板上的信號電壓或電流維持恒定，而不管坡口情況如何變化，均使根部焊道的寬度一致，由此確保根部焊道的形狀一致。此外，可易于通過(計算機)聯(lián)機操作來保證均勻的根部焊道寬度，因此可大大提高大型鋼板的焊接操作效率。
本發(fā)明的上述及其他目的，特征和優(yōu)點，將從下面結(jié)合參照附圖所作的說明中了解得更清楚。
現(xiàn)對附圖簡要說明如下圖1 是本發(fā)明一個實施例的示意圖，用以說明一種采用埋弧焊的單側(cè)焊接法的原理，該法采用兩個電極而一次通過完成焊接;
圖2 是特性曲線圖，以顯示母材和背部銅板上的檢測電壓同根部焊道寬度的關(guān)系;
圖3 是表示根據(jù)本發(fā)明的根部焊道控制設(shè)備的一個方塊圖。
現(xiàn)對本發(fā)明的最佳實例詳述如下參見圖1，標號1表示母材，標號2表示由一種無機材料組成的焊劑墊材并借助背部銅板3同母材1的背面緊壓接觸。4A和4B為電極，5A和5B為焊機電源，其每個頻率為50或60C/S。標號12為信號發(fā)生器。信號發(fā)生器12包括一個具有怛流特性的振蕩器，其頻率為200C/S-與焊機電源5A和5B不同。標號6表示一個電壓檢測器，用以檢測母材1和銅底板3之間的電壓。
就圖示的單側(cè)焊接法而言，在焊接的起始周期內(nèi)，不形成根部焊道，母材1和背部銅板3之間的阻抗極高，以現(xiàn)于在母材1和背部銅板3上即使施加了來自信號發(fā)生器12的電信號，實際上也無信號電流流過，從而測得頻率振蕩器的空載電壓而作為信號電壓。
焊接開始后，當形成令人滿意的根部焊道時，則流過來自頻率振蕩器的信號電流。這是因為形成良好根部焊道的地方，正是每塊母材1在電弧產(chǎn)生點下形成鎖眼的地方，致使電弧通過各鎖眼而到達背部銅板3并由此使母材1和背部銅板3之間呈導(dǎo)電狀態(tài)。另一個原因是焊劑墊材2由于焊接過程產(chǎn)生的熱而被加熱，使其一部分形成液態(tài)熔渣，從而減小了電阻值。
本發(fā)明由于接入信號發(fā)生器12而已獲得圖2所示的特性，該信號發(fā)生器12包括一個頻率為200C/S并具有對母材1和銅底板3怛流特性的頻率振蕩器。該頻率振蕩器還檢查已形成根部焊道處的母材1和背部銅板3之間的導(dǎo)電狀態(tài)同根部焊道寬度的關(guān)系。在圖2的特性曲線中橫軸代表根部焊道寬度(mm)，而縱軸代表電壓檢測器6所測得的檢測電壓V(伏特)。
圖2中縱軸代表檢測電壓V，若I表示電流，則導(dǎo)電狀態(tài)下的阻抗Z表達如下Z＝V/I在本實施例中，信號發(fā)生器12包括一個怛流特性的頻率振蕩器，以使電流I是常數(shù)，而且維持Z＝K.V或V＝K.Z(其中K和K′是常數(shù)因此，當加上該怛定電流時，檢測電壓V直接比例于阻抗Z，這樣，檢測電壓代表阻抗Z。
正如由圖2所見，在母材1和背部銅板3上的檢測電壓V和根部焊道寬度之間存在著極好的關(guān)系。
因此，通過控制焊接參數(shù)而使檢測電壓V或阻抗Z保持恒定，以獲得給定的根部焊道寬度是可能的。
圖3是表示用于控制焊接參數(shù)以使如前所述維持檢測電壓V恒定的控制設(shè)備一個實例的方塊圖。正如圖3所示，由電壓檢測器6所測得的母材1和背部銅板3之間的檢測電壓V，通過一帶通濾波器13，而該濾波器只讓頻率振蕩器的輸出通過，因此，200C/Sac信號被加到變換器7并依次變換為dc信號。由變換器7產(chǎn)生的電壓信號通過濾波器8，以便去除噪聲后再加到比較器9。加到比較器9的電壓信號同一個標準電壓信號相比較，該標準電壓信號是對應(yīng)一個給定的根部焊道寬度而在基準電壓設(shè)定裝置10中預(yù)先設(shè)置的，而給定的根部焊道寬又基于根部焊道寬跟跨接于母材1和背部銅板3兩者之間的電壓的關(guān)系。比較器9通過積分電跨11向焊機電源提供兩個電壓信號之差的信號。焊機電源5A以這樣一種方式控制焊接電流，以使該差信號減至零。換言之，控制焊接電流以使母材1和背部銅板3之間的電壓信號總是等于標準電壓信號10。
由于這樣控制以使借助信號發(fā)生器12的電信號而在母材1與背部銅板3之間所產(chǎn)生的電壓V總是維持恒定，因而，完成具有與電壓V相對應(yīng)的給定寬度的根部焊道單側(cè)焊接是可能的，從而也可易于控制根部焊道的寬度。
雖然在本實施例中，信號發(fā)生器12包括一個恒流特性、頻率為200C/S的振蕩器，但也可采用任何不同于焊機電源頻率的期望頻率、該信號還可是dc信號。當然，假若在母材1和背部銅板3之間提供一個阻抗，則信號發(fā)生器就不必具有怛流特性了。
此外，盡管在本實施例中是控制電極4A的焊接電流，無需說明，除焊接電流外的任何其它焊接參數(shù)，只要它能有效形成根部焊道，均可被采用，例如電弧電壓，焊接速度，導(dǎo)線尺寸等等中的任一參數(shù)或它們的任一組合，均可用來控制根部焊道的寬度。
還有，本發(fā)明除適于埋弧焊(即應(yīng)用-自耗電極的有氣體保護的電弧焊)外，還可適用于任何別的焊接方法。
權(quán)利要求
1.用于焊接兩塊母材的單側(cè)焊接的根部焊道控制方法從其側(cè)面，通過配置在一塊金屬板上的無機材料和通過所述無機材料將所述金屬板連接到所述母材的背部，本方法特征在于包括下列步驟(a)將一個用于產(chǎn)生電信號的信號發(fā)生器連到所述母材和所述金屬板，該發(fā)生器在頻率、電流和電壓各特性方面與焊機電源不同；(b)將所述信號發(fā)生器的電信號加到所述母材和所述金屬板上，以實現(xiàn)所述母材的單側(cè)焊接；(c)在所述單側(cè)焊接期間，借助所述電信號檢測所述母材和所述金屬板之間所產(chǎn)生的電壓或/和電流，以獲得該焊接過程中電弧產(chǎn)生點上和電弧產(chǎn)生點周圍的阻抗值；和(d)控制諸如焊接電流，電弧電壓，焊接速度導(dǎo)線尺寸等接參數(shù)，以維持所述阻抗恒定。
2.從母材側(cè)面焊接兩塊母材的單側(cè)焊接的根部焊道控制法所用的設(shè)備，此法在一塊金屬板上安置一種無機材料，并將所述金屬板通過所述無機材料連到所述母材的背部，所述設(shè)備特征在于包括一個信號發(fā)生器-連到所述母材和所述金屬板，將一個電信號加到所述母材和所述金屬板上，該電信號在頻率，電流和電壓特性方面不同于焊接電源;一個信號檢測器-連到所述母材和所述金屬板，以便檢測電壓和/或電流，該電壓和電流是在焊接期間，由來自所述信號發(fā)生器的電信號在所述母材與所述金屬板之間所產(chǎn)生的;一個帶通濾波器-用于只證通過由所述信號檢測器所測到的預(yù)定頻率的檢測信號;一個變換器-用于將通過所述帶通濾波器的交流信號變換為直流信號;一個濾波器-用于去除來自所述變換器所產(chǎn)生的直流信號中的噪聲;基準信號設(shè)定裝置-用于根據(jù)所需的根部焊道寬度，設(shè)定預(yù)定的標準信號;一個比較器-用于將所述濾波器所產(chǎn)生的直流信號同由所述基準信號設(shè)定裝置所產(chǎn)生的標準信號加以比較，以產(chǎn)生一個“差”信號;一個積分電路-用于對來自所述比較器的差信號進行積分;和所述焊機電源-用于接收來自所述積分電路的輸出信號，以控制諸如焊接電流、電弧電壓、焊接速度或接線長度等焊接參數(shù)，從而將所述積分電路的輸出減小至零。
3.根據(jù)權(quán)利要項2的根部焊道控制設(shè)備，特征在于所述焊接電源包括一個具有50c/s或60c/s頻率的電源，而其中所述信號發(fā)生器包括一個頻率為200c/s并有怛流特性的振蕩器。
專利摘要
單側(cè)焊接的根部焊道控制方法和設(shè)備。無論坡口情況(諸如坡口形狀和根部空隙等)如何變化，本方法和設(shè)備總是可提供一個極好的根部焊道形狀。
文檔編號B23K9/12GK86100183SQ86100183
公開日1986年8月6日 申請日期1986年1月9日
發(fā)明者野村博一, 佐藤久彥, 佐藤慶和 申請人:日本鋼管株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan