專利名稱：借助擺動(dòng)電極的窄間隙埋弧焊接方法
借助擺動(dòng)電極的窄間隙埋弧焊接方法 本發(fā)明涉及一種窄間隙埋弧焊接方法，該焊接方法用于連接金屬工件。
為了焊接厚壁構(gòu)件，除了鎢極惰性氣體保護(hù)焊(WIG)和熔化極惰 性氣體保護(hù)焊(MIG) /熔化極活性氣體保護(hù)焊(MAG)窄間隙焊接方 法之外，也使用窄間隙埋弧焊接方法。MAG焊接方法在DE 196 26 631 Cl中描述了。在這里，焊接設(shè)備在間隙中被導(dǎo)向，此外至少一根穿過 接觸管被引導(dǎo)的熔化焊絲電極在保護(hù)氣體的保護(hù)下以預(yù)定的焊絲進(jìn)給 速度供給至焊接區(qū)域。為了保證良好的焊道質(zhì)量，在焊絲電極與工件之 間產(chǎn)生的電弧通過焊絲電極端部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而交替地朝著兩個(gè)工件側(cè) 面移動(dòng)。在這里，電弧定位的監(jiān)控是通過檢測其運(yùn)動(dòng)的傳感器來實(shí)現(xiàn)。
在各種不同的焊接方法中，焊絲電極的精確定位經(jīng)常是在工件側(cè)面 或焊道根部上，通過使用例如與光電二極管8結(jié)合地設(shè)置的向前移動(dòng)的 探測傳感器7來控制。其他焊接方法利用對(duì)焊道幾何形狀的超前的連續(xù) 的圖像分析處理并由此推導(dǎo)出焊絲電極的跟蹤運(yùn)動(dòng)。針對(duì)MIG/MAG焊 接方法和WIG脈沖焊接，EP-A-0 186 041 Al建議利用電弧作為用于自 動(dòng)跟蹤焊接設(shè)備的傳感器。為了這個(gè)目的，對(duì)焊絲電極圍繞間隙中心的 擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)連同測得的焊接電流和/或焊接電壓進(jìn)行分析處理。
窄間隙埋弧焊接方法首先應(yīng)用在可以實(shí)現(xiàn)高的熔斷功率的地方。此 外，該方法也可以應(yīng)用在借此最好能夠達(dá)到和保證對(duì)例如韌性和硬度的 材料特性的要求的地方。為了熔化工件側(cè)面，在窄間隙埋弧焊接方法中， 借助在電極端部上折彎的焊絲供給裝置進(jìn)行操作，如在

圖1中所示。借 助以這種方式固定定位的電極端部6,并排地布置2至3條焊道1至5, 以在工件9的間隙10中形成層。間隙10的寬度在18mm與22mm之間 變動(dòng)，必要時(shí)也可以超出該范圍。為了借助焊道1至5保證可靠的層結(jié) 構(gòu)，焊絲電極端部關(guān)于焊炬高度和側(cè)向距離的精確匹配是不可缺少的。
在厚壁工件的窄間隙埋弧焊接方法中，側(cè)向焊透的質(zhì)量取決于焊絲 電極與工作側(cè)面的精確匹配。由于焊劑的覆蓋而不能在視覺上被識(shí)別的 有缺陷的匹配例如導(dǎo)致側(cè)面未熔合。如果焊炬垂直于工件側(cè)面移動(dòng)，那 么出現(xiàn)這種缺陷。此外，由于焊炬和通常使用的焊絲電極直徑，相對(duì)較大的間隙寬度是必需的。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比更加可靠的窄間 隙埋弧焊接方法。
上述任務(wù)是通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的窄間隙埋弧焊接方法得以解 決。由下面的描述、附圖及權(quán)利要求中得知該焊接方法的有利的改進(jìn)方 案。
本發(fā)明的方法是借助 一種焊接設(shè)備來實(shí)施，該焊接設(shè)備能夠在間隙 內(nèi)在第 一和第二工件側(cè)面之間被導(dǎo)向，并且具有用于針對(duì)性地對(duì)電弧進(jìn) 行定位的可活動(dòng)的焊絲電極。通過預(yù)先確定焊接電壓和/或焊接電流在焊
絲電極的端部上產(chǎn)生電弧。然后，為了在間隙內(nèi)產(chǎn)生第一焊道(Raupe), 焊絲電極以擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)^^皮驅(qū)動(dòng)，在該擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，電弧在其中一個(gè)工件側(cè) 面與間隙的中間區(qū)域之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而第 一焊道不是從第 一工件側(cè)面 延伸至第二工件側(cè)面。
為了產(chǎn)生具有高的耐用度并且良好地連接到工件側(cè)面的焊道，本發(fā) 明在它的窄間隙埋弧焊接方法中利用焊絲電極的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該擺動(dòng)運(yùn)動(dòng) 優(yōu)選是在第一工件側(cè)面與間隙的中間區(qū)域之間延伸。借助該過程防止了 在焊道上形成的焊渣層在冷卻過程中在兩個(gè)相對(duì)的工件側(cè)面之間變形。 因此，使從相應(yīng)覆蓋的焊道去除熔渣層變得容易。
在去除第一焊道的熔渣層之后，在間隙內(nèi)在該第一焊道的旁邊并且 與第二工作側(cè)面連接地布置下一條焊道。第二焊道與工件側(cè)面的良好連
接以及第二焊道質(zhì)量是通過如下方式得到保證該焊道是借助焊絲電極 的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)在另 一個(gè)工件側(cè)面與間隙的中間區(qū)域之間產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，電弧;故用作傳感器，以確定電弧 相對(duì)于第一和笫二工件側(cè)面的位置。這是通過如下方式得以解決除了 預(yù)定的焊接電壓和/或焊接電流之外，還檢測在焊絲電極上存在的實(shí)際焊 接電壓和/或?qū)嶋H流過的焊接電流并由這些數(shù)據(jù)確定電弧的位置。然后， 借助這些數(shù)據(jù)及由此推導(dǎo)出的信息，從檢測到的電弧位置出發(fā)來校正焊 絲電極的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
下面參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的焊接方法，在這些焊接方法中，層的焊道是 借助固定偏斜的焊絲電極產(chǎn)生；窄間隙埋弧焊接方法優(yōu)選是借助焊接設(shè)備SE來實(shí)施，如在圖2中 示意性所示。借助該焊接方法，相對(duì)的工件沿著其工件側(cè)面20a, 20b 借助焊縫連接。焊接設(shè)備SE包括焊絲電極30,該焊絲電極通過接觸管 60輸送至要焊接的位置。通過供給裝置32以速度VD,將焊絲電極30 輸送到焊接位置。帶有焊絲電極30的接觸管60通過傳動(dòng)裝置64與馬 達(dá)62連接。該馬達(dá)62通過沿交替變化的方向的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生焊絲電極30 在間隙10內(nèi)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅是可調(diào)的。在馬達(dá)62在間 隙10內(nèi)產(chǎn)生焊絲電極30具有期望振幅的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，焊接設(shè)備SE 在間隙10內(nèi)，相對(duì)于/人上方可見的工件側(cè)面20a, 20b^皮定位及^皮推動(dòng)。
通過參數(shù)，即焊接電流、焊接電壓、電極焊絲進(jìn)給量及在最上面的 焊道50或最后的層與接觸管60之間的距離，調(diào)節(jié)焊接設(shè)備SE的電弧 40。該電弧40借助其參數(shù)既可以設(shè)計(jì)成剛性(starr)電弧40,也可以 -沒計(jì)成旋轉(zhuǎn)電弧40。
為了產(chǎn)生耐用度高的最優(yōu)焊縫，焊絲電極30和電弧40在其中 一個(gè) 工件側(cè)面20a, 20b與間隙10的中間區(qū)域12之間執(zhí)行通過馬達(dá)62產(chǎn)生 的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)沿著間隙10運(yùn)動(dòng)。以這種方式產(chǎn)生第一焊道50, 該焊道直接與其中一個(gè)工件側(cè)面20a, 20b鄰接并延伸直到靠近間隙10 的中心(參見圖2)。
層的第一焊道50只是部分填滿間隙10,從而完整的層由至少兩條 并排設(shè)置的焊道50構(gòu)成。在形成層時(shí)，焊道50的數(shù)量例如可以根據(jù)間 隙10的寬度或者根據(jù)供焊接方法使用的時(shí)間進(jìn)行選擇。
在第一焊道50在其中一個(gè)工件側(cè)面20a, 20b與間隙的中間區(qū)域12 之間已經(jīng)形成之后，在窄間隙埋弧焊接方法的焊劑從間隙10已經(jīng)例如 被吸出之后，去除位于該焊道50上的熔渣層(未示出)。通過只在一 個(gè)工作側(cè)面20a與間隙10的中間區(qū)域12之間形成焊道50,防止了熔渣 層在相對(duì)的工件側(cè)面20a和20b之間變形并因此使去除變得困難或者甚 至不可能去除。因此，通過上述的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生這樣的焊道50,該焊道 一方面具有最優(yōu)的質(zhì)量，而另一方面在該焊道上沉積并硬化的熔渣可以 容易地去除。此外，焊道50的寬度可有針對(duì)性地適配于間隙IO的寬度。 為了能夠進(jìn)一步減小間隙10的寬度，例如在窄間隙埋弧焊接方法中使 用較小的焊絲電極直徑。
在窄間隙埋弧焊接方法中，在焊接過程中，產(chǎn)生的焊道50相對(duì)于工件側(cè)面20a, 20b的位置可以非視覺地進(jìn)行檢查。因此，上述方法是 在焊接設(shè)備SE相對(duì)于從上方可見的工件側(cè)面20a, 20b^皮定位及沿著間 隙IO被推動(dòng)的過程中進(jìn)行。由于擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，通過馬達(dá)控制裝置可以連 續(xù)地實(shí)時(shí)匹配擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的寬度及焊絲電極端部與工件側(cè)面20a, 20b的 對(duì)應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一種實(shí)施方式，正是在窄間隙埋弧焊接方法中有利 的是將電孤40用作;險(xiǎn)測電弧40相對(duì)于工件側(cè)面20a, 20b以及相對(duì)于 已經(jīng)產(chǎn)生的焊道50或完整的層的位置的傳感器。因此，在與作為傳感 器的電弧及其參數(shù)的配合下，在沒有視覺觀察和干預(yù)可能性的條件下， 在窄間隙埋弧焊接方法中也可以如在敞開型電弧方法(WIG,MIG/MAG ) 中實(shí)現(xiàn)焊接設(shè)備SE相對(duì)于工件側(cè)面的自動(dòng)跟蹤。為了這個(gè)目的，首先， 電弧配置是通過選擇焊接電壓和/或焊接電流來預(yù)先規(guī)定。在實(shí)施焊接方 法的過程中，對(duì)在焊絲電極30的實(shí)際焊接電壓和/或?qū)嶋H焊接電流進(jìn)行 檢測并分析處理。這些數(shù)據(jù)的分析處理提供了電弧40相對(duì)于鄰接的工 件側(cè)面20a, 20b以及相對(duì)于間隙10的由完整層或焊道50形成的底面 的位置。在從檢測到的數(shù)據(jù)中消除例如是噪音的干擾之后，可以識(shí)別電 弧40的焊接電壓/焊接電流特征敏感地對(duì)焊絲電極30和工件之間的距離 作出反應(yīng)。以這種方式，借助檢測到的實(shí)際焊接數(shù)據(jù)可以對(duì)電弧40的 位置進(jìn)行監(jiān)視。
將由電弧40的焊接數(shù)據(jù)檢測到的電弧40的實(shí)際位置傳送到焊接設(shè) 備SE的控制裝置，以在需要時(shí)在存儲(chǔ)的針對(duì)焊接過程的預(yù)定值的基礎(chǔ) 上校正焊接設(shè)備SE沿著間隙的運(yùn)動(dòng)和/或焊絲電極30的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)?；?于這種方法，可以在看不見產(chǎn)生的焊道50的情況下實(shí)施精確的窄間隙 埋弧焊接。此外，在相應(yīng)的焊道50上形成的熔渣層不會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)生負(fù) 面影響，因?yàn)樵撊墼鼘涌梢匀菀椎厝コ?。如果?yōu)選地使用直徑為1.2 mm 的焊絲電極30,可以實(shí)現(xiàn)約12mm的窄間隙埋弧焊縫并可靠地焊接。
權(quán)利要求
1.借助焊接設(shè)備(SE)的窄間隙埋弧焊接方法，該焊接設(shè)備能夠在間隙(10)內(nèi)在第一工件側(cè)面(20a)和第二工件側(cè)面(20b)之間被導(dǎo)向，并且具有用于針對(duì)性地對(duì)電弧(40)進(jìn)行定位的可活動(dòng)的焊絲電極(30)，該方法包括如下步驟通過預(yù)先確定焊接電壓和/或焊接電流，在焊絲電極(20)的端部上產(chǎn)生電弧(40)，和在間隙(10)內(nèi)執(zhí)行焊絲電極(30)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生第一焊道，在該擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，電弧(40)在其中一個(gè)工作側(cè)面(20a)與間隙(10)的中間區(qū)域(12)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而第一焊道(50)不是從第一工件側(cè)面(20a)延伸至第二工件側(cè)面(20b)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括另外的步驟，即 在產(chǎn)生第二焊道(50)之前，從第一焊道(50)去除熔渣。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括另外的步驟， 即通過焊絲電極在另外的工件側(cè)面(20b )與間隙(10 )的中間區(qū)域(12 ) 之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，與笫一焊道(50)側(cè)向連接地產(chǎn)生第二焊道。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括另外的步驟，即 將電弧(40 )用作傳感器，以確定電弧(40 )相對(duì)于第 一工件側(cè)面(20a) 和第二工件側(cè)面(20b)的位置。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括其他 步驟檢測實(shí)際焊接電壓和/或?qū)嶋H焊接電流并在實(shí)際焊接電壓和/或?qū)?際焊接電流的基礎(chǔ)上確定電弧(40)的位置，以及從確定的電弧(40) 的位置出發(fā)校正焊絲電極(30)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種窄間隙埋弧焊接方法，在該焊接方法中設(shè)計(jì)了焊絲電極(30)在間隙(10)內(nèi)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生第一焊道(50)，在該擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，電弧(40)在其中一個(gè)工件側(cè)面(20a，20b)與中間區(qū)域(12)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而第一焊道(50)不是從第一工件側(cè)面(20a)延伸至第二工件側(cè)面(20b)。
文檔編號(hào)B23K9/18GK101309774SQ200680029220
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者K·-H·岡澤爾曼 申請(qǐng)人:西門子公司