專利名稱：自動電弧焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用熔化電極焊絲的自動電弧焊接方法，特別是涉及一種當(dāng)沿著焊件間形成的坡口的縱向焊接兩個對接焊件時的自動電弧焊接方法，這種焊接方法即使根部間距有所變化仍然能夠防止燒穿，可以保持恒定的焊縫高度及穩(wěn)定的焊接電弧。
當(dāng)使用熔化極焊絲沿著焊件間形成的坡口的縱向焊接兩個對接焊件時，通常使坡口的根部間距為0，即，保持焊縫根部端面互相接觸。特別是在進行自動電弧焊接時，一般要嚴(yán)格地控制根部間距，使根部間距的最大值保持在1mm，較大的根部間距會導(dǎo)致焊透層深度不夠或燒穿現(xiàn)象。然而，實際上，由于機加工精度的限制沿坡口的縱向根部間距的變化是不可避免的。
這種常規(guī)的焊接方法是這樣的。例如，在沿坡口焊接對接的焊件之前，要預(yù)先在坡口的整個長度允許范圍內(nèi)調(diào)整根部間距。這種調(diào)整一般要通過手工操作填補焊接根部間距較大的部位。此外，還需要增加焊縫根部的高度以免引進燒穿現(xiàn)象。
然而，在進行整體的焊接之前完成這種用以填補根部間距的手工操作就會降低整個焊接加工的效率。如前所述，還需要增加坡口根部的高度。其結(jié)果，在進行對接焊件的雙面焊接時，為了確保滿意的焊透層深度，在焊接第一側(cè)面形成的第一個坡口以后，焊接第二側(cè)面形成的第二個坡口之前，還需要通過刨削加工來修整第二個坡口，使第二個坡口底部表面在第一個坡口中形成焊縫。
在這種情況下，就要求自動電弧焊接方法即使在坡口的縱向根部間距有所變化的情況下仍然能夠保持焊透層深度不變，并且不增加焊縫根部的高度也能防止燒穿，同時保持焊縫高度不變及焊接電弧穩(wěn)定。但是，在此之前，還沒有人提出這樣的自動電弧焊接方法。
本發(fā)明的目的是提供一種自動電弧焊接的方法。這種方法在坡口縱向的根部間距有所變化的情況下能夠確保焊透層深度基本不變，并且不需增加焊縫根部高度即可防止燒穿現(xiàn)象，同時保持焊縫高度恒定及焊接電弧穩(wěn)定。
按照本發(fā)明所提出的技術(shù)特征，在自動電弧焊接方法中包括通過一個對著焊件間形成的坡口的焊嘴，以規(guī)定的送進速度，基本垂直地連續(xù)供給一根熔化極焊絲，沿著所說的坡口的縱向連續(xù)移動帶有焊絲的焊嘴;向焊絲供給規(guī)定的焊接電流，使焊絲的端部和坡口之間產(chǎn)生電弧，以規(guī)定的焊接速度，沿著坡口利用電弧熱焊接對接的焊件;本發(fā)明的特征在于當(dāng)沿坡口焊接對接焊件時，(a)在焊嘴移動方向的下游連續(xù)地測量坡口的根部間距;
(b)按照下述公式(1)計算予定的焊接電流I，用以保證焊透層深度符合予定數(shù)值。
I＝I0-kG……(1)其中，I予定焊接電流I0當(dāng)根部間距為0時的焊接電流k與焊透層深度、保護氣體種類、焊絲材料等有關(guān)的系數(shù)G根部間距控制焊接電流使之符合這樣計算出的予定的焊接電流;
(c)按照下述公式(2)計算予定的焊絲送進速度Vf，用以保證焊絲由焊嘴端部伸出的長度符合予定數(shù)值，Vf＝A·I+B·l·I2……(2)
其中，Vf焊絲的予定送進速度I焊接電流l焊絲的伸出長度A、B與保護氣體的種類、焊絲的材料等有關(guān)的系數(shù)控制焊絲的送進速度，使之符合這樣計算出的焊絲的予定送進速度;
(d)按照下述公式(3)計算予定焊接速度V，用以保證焊縫高度符合予定數(shù)值。
V＝Vf(Vf0/V0+ (d)/(k) ·G)……(3)其中，V予定焊接速度Vf焊絲送進速度Vf0當(dāng)根部間距為0時的焊絲送進速度V0當(dāng)根部間距為0時的焊接速度d焊透層最低點和焊縫最高點間的距離k焊絲的橫截面積和熔敷系數(shù)的乘積G根部間距控制焊接速度，使之符合這樣計算出的予定焊接速度。


圖1是表示本發(fā)明的自動電弧焊接方法的一個實施例的原理圖。
圖2是表示相應(yīng)于焊透層深度參數(shù)的根部間距與焊接電流之間關(guān)系的曲線圖。
圖3是表示坡口的一個典型例子的剖面圖。
圖4是表示焊接電流，焊絲送進速度、焊接電壓和焊接速度之間關(guān)系的曲線圖。
從上述的觀點出發(fā)，為了改進自動電弧焊接方法的目的，對于在坡口縱向根部間距有所變化的情況下能夠確保焊透層深度基本不變，并且不需增加焊縫根部高度即可防止燒穿現(xiàn)象，同時保持焊縫高度恒定及焊接電弧穩(wěn)定的自動電弧焊接方法進行了廣泛的研究，其結(jié)果獲得以下發(fā)現(xiàn)(1)如果找出與焊透層深度相應(yīng)的焊接電流和根部間距之間的一定關(guān)系，就可以通過測量坡口的根部間距，由計算來確定予定的焊接電流，以此來保證焊透層深度符合予定數(shù)值。
(2)如果找出與焊縫高度相應(yīng)的焊接電流，焊接速度、焊絲送進速度和根部間距之間的一定關(guān)系，就可以通過計算來確定采用上述予定焊接電流時的焊接速度，以此來保證焊縫高度符合予定數(shù)值。
(3)如果找出與焊絲伸出長度相應(yīng)的焊接電流和焊絲送進速度之間的一定關(guān)系，就可以通過計算來確定采用上述予定的焊接電流時焊絲的送進速度、以此來確保焊絲從焊嘴的端部伸出的長度符合予定數(shù)值。
本發(fā)明的完成基于上述發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在參照附圖詳細說明本發(fā)明的自動電弧焊接方法。
圖1是表示本發(fā)明的自動電弧焊接方法的一個實施例的原理圖。
如圖1所示，沿著焊件間形成的坡口2兩個焊件1A和1B被焊接在一起。
焊嘴3通過傳送裝置4的操作沿著坡口2連續(xù)移動。傳送裝置4的移動速度，即焊接速度、由第三控制器5控制，以使得焊縫高度符合下述予定數(shù)值。焊嘴3可以按照圖1中A所指的方向繞其中心軸線高速轉(zhuǎn)動。
作為熔化極焊條的焊絲6偏心于焊嘴3的中心軸線插入焊嘴3中，通過焊絲送進裝置7焊絲6穿過焊嘴3基本上垂直地向坡口2連續(xù)送進。由第二控制器8控制經(jīng)過焊絲送進裝置7的焊絲6的送進速度，以使從焊嘴3的端部伸出的焊絲6的伸出長度符合予定的數(shù)值。
由第一控制器9控制的焊接電源10向焊件1A和1B與焊絲6之間供給焊接電流，這個焊接電流可以保證焊透層深度符合下述予定數(shù)值。由這個焊接電流在焊絲6的端部和坡口2之間產(chǎn)生一個電弧，利用這個電弧熱將焊件1A和1B沿坡口2焊接在一起。設(shè)置在焊嘴3附近的噴嘴(未圖示)噴射保護氣體使坡口2與外界空氣隔離。當(dāng)然，本發(fā)明的適用性不限于上述公知的旋轉(zhuǎn)式電弧焊接方法。
一個電視攝像機11在焊嘴3移動方向的下游，(圖1中B所指的方向)連續(xù)地拍攝坡口2，該電視攝像機11固定在傳送裝置4上。
一個圖像處理裝置12連續(xù)地測量與來自電視攝像機11的拍攝信號相對應(yīng)的坡口2的根部間距。由圖像處理裝置12測出的根部間距的數(shù)據(jù)被道入后面將要說到的計算機中。
計算機13為第一控制器9，第二控制器8，第三控制器5提供如下所述的相應(yīng)的計算結(jié)果。在沿坡口2焊接焊件1A和1B時所用的下列公式(1)至(3)預(yù)先輸送到計算機13中。
I＝I0-kG……(1)上述公式(1)用于計算使焊透層深度符合予定值的予定焊接電流I。在公式(1)中，I予定焊接電流I0當(dāng)根部間距為0時的焊接電流k與焊透層深度、保護氣體的種類、焊絲的材料等有關(guān)的系數(shù)
G根部間距計算機13為第一控制器9提供予定焊接電流的計算結(jié)果。上述I0和k由輸入裝置14被預(yù)先送到計算機13中。
圖2是表示相應(yīng)于焊透層深度參數(shù)的坡口根部間距與焊接電流之間關(guān)系的曲線圖。更準(zhǔn)確地說，圖2的曲線圖清楚地表明，當(dāng)達到1mm、2mm或3mm的相應(yīng)的焊透層深度時，在所測得的實際根部間距與所應(yīng)用的實際焊接電流之間存在著一定的關(guān)系。從而證明了上述公式(1)是成立的。
Vf＝A·I+B·l·I2……(2)上述公式(2)用于計算予定的焊絲送進速度Vf。采用這個送進速度，可以保證由焊嘴4的端部伸出的焊絲的長度符合予定數(shù)值。在公式(2)中，Vf予定的焊絲送進速度I焊接電流l焊絲伸出長度A、B與保護氣體種類、焊絲材料等有關(guān)的系數(shù)計算機13為第二控制器8提供予定的焊絲送進速度的計算結(jié)果。為了保證電弧穩(wěn)定、控制焊絲的伸出長度使之符合予定的數(shù)值。
圖4是表示焊接電流，焊絲送進速度、焊接電壓和焊接速度之間關(guān)系的曲線圖。在圖4中，表示焊絲送進速度的曲線清楚地表明，應(yīng)用的實際焊接電流和所廣泛應(yīng)用的實際焊絲送進速度之間存在著一定的關(guān)系。從而證明了公式(2)是成立的。
V＝Vf(Vf0/V0+ (d)/(k) ·G)……(3)上述公式(3)用于計算予定焊接速度V，以這個焊接速度進行焊接可以保證焊縫高度符合予定數(shù)值。在公式(3)中，V予定焊接速度Vf焊絲送進速度Vfo當(dāng)根部間距為0時的焊絲送進速度V0當(dāng)根部間距為0時的焊接速度d焊透層最低點和焊縫最高點之間的距離K焊絲橫截面積和熔敷系數(shù)的乘積G根部間距計算機13為第三控制器5提供予定焊接速度的計算結(jié)果。上述Vf0、V0、d和K由輸入裝置14預(yù)先送入計算機13中。
在圖4中，表示焊接速度的曲線清楚地表明，在所應(yīng)用的實際焊接電流和所應(yīng)用的實際焊接速度之間存在著一定的關(guān)系，從而證明了公式(3)是成立的。
為了使電弧更加穩(wěn)定最好應(yīng)控制焊接電壓。為此目的，可預(yù)先將下述公式(4)輸入計算機13。
Et＝Ee+Ea+Er……(4)上述公式(4)用于計算予定焊接電壓Et，用這個電壓進行焊接可以保證電弧的長度符合予定數(shù)值。在圖4中，Et予定焊接電壓Ee由焊絲伸出長度引起的電壓降Ea電弧電壓Er由電阻引起的電壓降，這個電阻等于焊接電源的一個輸出端和焊嘴之間的電阻與焊接電源的另一個輸出端與焊件之間的電阻之和，
上述Ee、Ea和Er相應(yīng)地由下列公式(5)至(7)給出。
Ee＝a·l·I-b·Vf/I……(5)Ea＝E0(I)+X·la……(6)Er＝R·I……(7)其中，l焊絲的伸出長度I焊接電流Vf焊絲送進速度a，b與保護氣體的種類、焊絲材料等有關(guān)的系數(shù)。
F0(I)與負(fù)極和正極的電壓降總和相等的電壓降X弧柱電位梯度la電弧長度R等于焊接電源的一個輸出端和焊嘴之間的電阻和焊接電源的另一個輸出端和焊件之間的電阻之和的電阻計算機13為第一控制器9提供予定焊接電壓的計算結(jié)果。
在圖4中，表示焊接電壓的曲線清楚地表明，所應(yīng)用的實際焊接電流同所應(yīng)用的實際焊接電壓之間存在著一定的關(guān)系。從而證明了公式(6)是成立的。
現(xiàn)在按照本發(fā)明所描述的方法沿著坡口2將焊件1A和1B焊接在一起的情況。
焊嘴3通過傳送裝置4的操作沿著坡口2連續(xù)移動，同時繞其中心軸線高速旋轉(zhuǎn)。來自由第一控制器9控制的焊接電源10的焊接電流施加到穿過焊嘴3的焊絲6上。由這個焊接電流在焊絲6的端部和坡口之間產(chǎn)生一個電弧，利用電弧熱將焊件1A和1B沿坡口2焊接在一起。
電視攝像機11在焊嘴3移動的方向的下游拍攝坡口2。電視攝像機11的攝像信號進入圖像處理裝置12中。圖像處理裝置12連續(xù)地測量與攝像信號相應(yīng)的坡口2的根部間距(G)，這樣測出的根部間距的數(shù)據(jù)被送入計算機13。計算機13按照預(yù)先輸入計算機13的上述公式(1)計算予定焊接電流(I)，這個電流應(yīng)保證焊透層深度符合予定數(shù)值。計算機13為第一控制器9提供予定焊接電流的計算結(jié)果。第一控制器9控制焊接電源10，使符合上述被計算出的予定焊接電流的焊接電流通過焊絲6。以此來保證無論根部間距(G)有任何變化，坡口2的焊透層深度總是符合予定數(shù)值。
根據(jù)預(yù)先輸入計算機13的上述公式(2)，計算機13在使用上述計算出的予定焊接電流下計算焊絲予定送進速度(Vf)，以此來保證焊嘴3端部的焊絲的伸出長度符合予定的數(shù)值。計算機13為第二控制器8提供焊絲予定送進速度的計算結(jié)果。第二控制器8控制焊絲送進裝置7，使焊絲6以符合上述計算得出的焊絲予定的送進速度連續(xù)地向坡口2送進。以此來保證無論焊絲電流怎樣變化，焊絲伸出長度總是符合予定數(shù)值，這樣來確保電弧穩(wěn)定。
計算機13根據(jù)預(yù)先輸入計算機13的上述公式(3)計算使用由上述計算得出的予定焊接電流時的予定焊接速度(V)，以此來保證焊縫15高度符合予定數(shù)值。計算機13為第三控制器5提供予定焊接速度的計算結(jié)果。第三控制器5控制傳送裝置4，使焊件1A和1B以符合上述計算得出的予定焊接速度沿著坡口2被焊接在一起。以此來保證無論根部間距(G)怎樣變化，焊縫15高度總是符合予定數(shù)值。
現(xiàn)在說明本發(fā)明的自動電弧焊接方法的一個實施例。
準(zhǔn)備了正如焊件1A和1B的兩塊厚度為10mm的不銹鋼板(SUS304)，在這兩塊鋼板之間加工出如圖3所示形狀的坡口2。然后，用圖1所示的自動電弧焊接機沿著坡口2將焊件1A和1B焊接在一起。使用1.6mm的焊藥包心焊絲作為焊絲，以二氧化碳氣體作為保護氣。
當(dāng)沿著坡口2將焊件1A和1B焊接在一起時，首先將下列數(shù)據(jù)預(yù)先輸入計算機13。
用于計算予定焊接電流(I)。
P12mmI0360Ak37其中P1予定坡口焊透層深度I0根部間距為0時的焊接電流k與焊透層深度、保護氣種類、焊絲材料等有關(guān)的系數(shù)用于計算焊絲的予定送進速度(Vf)l15mmA0.2B4.59×10-5其中l(wèi)焊絲的伸出長度A、B與保護氣體種類、焊絲材料等有關(guān)的系數(shù)用于計算予定焊接速度(V)Vf0161mm/secV08.3mm/sec
d6.5mmK1mm2其中，Vf0根部間距為0時的焊絲送進速度V0根部間距為0時的焊接速度d焊透層最低點與焊縫最高點之間的距離K焊絲橫截面積與焊著效率的乘積對這樣沿坡口2焊接在一起的焊件1A和1B的焊縫高度15作了檢驗。其結(jié)果表明，盡管根部間距(G)是變化的，焊縫15高度總是為常數(shù)。坡口2的焊透深度符合予定數(shù)值，并且獲得了令人滿意的無缺陷的焊縫。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，盡管根部間距是變化的，仍然可以得到一個不變的焊透層深度。因而可以在不增加根部高度的情況下防止燒穿或過燒，保持焊縫高度不變及電弧的穩(wěn)定，為工業(yè)生產(chǎn)提供了有用的實際效果。
權(quán)利要求
1.一種自動電弧焊接方法，包括以規(guī)定的速度通過焊嘴基本垂直地朝著兩個焊件間形成的坡口連續(xù)地送進熔化電極的焊絲；沿著所說的坡口的縱向連續(xù)地移動帶有所說的焊絲的所說的焊嘴；為了在所說的焊絲的端部和所說的坡口之間形成一個電弧，向所說的焊絲供給一個規(guī)定的焊接電流，從而沿著所說的坡口以規(guī)定的焊接速度，通過電弧熱，將所說的焊件焊接在一起，其特征在于在沿所說坡口焊接對接焊件時，(a)在焊嘴移動方向的下游連續(xù)測量所說坡口的根部間距(b)按照下述公式(1)計算予定焊接電流(I)，用以保證焊透層深度符合予定數(shù)值，I=I0-KG……………(1)其中I予定焊接電流I0根部間距為0時的焊接電流K與焊透層深度、保護氣體種類、焊絲材料等有關(guān)的系數(shù)G根部間距控制所說的焊接電流，使之符合這樣計算得出的予定焊接電流；(c)按照下述公式(2)計算所說焊絲的予定送進速度(Vf)，用以保證所說焊絲由所說焊嘴端部伸出的長度符合予定數(shù)值，Vf=A·I+B·l·I2…………(2)其中，Vf焊絲的予定送進速度I焊接電流l焊絲的伸出長度A、B與保護氣體的種類、焊絲的材料等有關(guān)的系數(shù)控制所說焊絲的所說送進速度，使之符合這樣計算得出的所說焊絲的予定送進速度；(d)按照下述公式(3)計算予定焊接速度(V)，用以保證焊縫高度符合予定數(shù)復(fù)，V=Vf(Vf0/V0+ (f)/(K) ·G)…………(3)其中，V予定焊接速度Vf焊絲的送進速度Vfo根部間距為焊的焊絲送進速度V0根部間距為0時的焊接速度d焊透層最低點與焊縫最高點之間的距離K焊絲的橫截面積與焊著效率的乘積G根部間距控制所說的焊接速度，使之符合這樣計算得出的予定焊接速度。
全文摘要
自動電弧焊接方法，包括在用焊絲沿焊件間形成的坡口焊接二個對接焊件時，根據(jù)根部間距、焊絲的材料等，通過計算機連續(xù)地確定出予定的焊接電流，用以保證焊透層深度符合予定的數(shù)值；根據(jù)焊接電流，焊絲的材料等，通過計算機連續(xù)地確定出焊絲的予定送進速度，以保證焊絲的伸出長度符合予定的數(shù)值；根據(jù)焊絲送進速度，焊絲的材料，根部間距等，通過計算機連續(xù)地確定焊接速度，以保證焊縫高度符合予定數(shù)值；這樣根據(jù)確定的相應(yīng)的予定數(shù)值，從而自動控制焊接電流、焊絲送進速度和焊接速度。
文檔編號B23K9/073GK1031344SQ8810615
公開日1989年3月1日 申請日期1988年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月20日
發(fā)明者杉谷司, 西泰彥 申請人:日本鋼管株式會社