專利名稱：用于短弧焊的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于短弧焊的方法。本發(fā)明還涉及一種用于短弧焊的設(shè)備。
技術(shù)背景歐洲專利0 324 960公開一種用于短弧焊的方法以及設(shè)備，在該方 法中，通過在焊絲和母材之間的不斷的電流循環(huán)來實(shí)現(xiàn)焊接。在電流循 環(huán)中短路階段和燃弧階段互相交替，從而在短路階段中熔滴從焊絲轉(zhuǎn)移 到母材，并且在跟隨短路階段的燃弧階段過程中形成下一熔滴從而在接 下來的短路階段過程中將其轉(zhuǎn)移到母材。在該專利中，在短路響應(yīng)之后，脈沖。在其余時(shí)間，多數(shù)為利用電感電流限制而形成的較低的基值電流。 此種焊接循環(huán)典型地以10 — 200 Hz的頻率重復(fù)。這種方案的特殊缺點(diǎn)在于對于電感實(shí)現(xiàn)的較低基值電流僅能夠進(jìn) 行有限的控制。在這種方案中，基值電流在焊接循環(huán)過程中無法改變/ 控制。這樣會顯著地使焊接結(jié)果變差，尤其是對于要求高的材料。利用所公開的電路方案使得其它脈沖參數(shù)的控制也受到限制，因此 在特定條件下焊接結(jié)果仍然較差。為了使該方案可行，所公開的方案需要檢測焊料熔滴的頸縮并且需 要用于在短路循環(huán)結(jié)束時(shí)使電流快速下降的附加連接裝置。這些附加連 接裝置使得設(shè)備更加復(fù)雜并易于發(fā)生故障。必需連接到工件的測量引線 造成操作者的額外工作。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明意圖消除上述所公開的技術(shù)狀態(tài)的缺陷，并為此目的而建立 全新類型的用于短弧焊的方法和設(shè)備。本發(fā)明基于借助主動調(diào)節(jié)參數(shù)所形成的每個(gè)電流循環(huán)，因此容許具 體調(diào)節(jié)總體的脈沖形狀。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，特別地，利用變化的電流實(shí)現(xiàn)短 路階段的結(jié)束部分，而無需測量焊料熔滴的頸縮時(shí)刻。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征通過權(quán)利要求1的特征部分來 描述。接下來，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特征通過權(quán)利要求9的特征部分來描述。借助本發(fā)明可獲得很多優(yōu)點(diǎn)。利用多參數(shù)控制可取得對于不同材料 及保護(hù)氣體的焊接情況的精確調(diào)節(jié)。由于不用測量填充金屬熔滴的頸縮時(shí)刻從而消除了焊接過程中的錯(cuò)誤的一個(gè)可能來源。借助受控的變化電流來終止短路循環(huán)可以將下落的熔滴所引起的 飛濺減至最少。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，借助基于焊絲進(jìn)給大小、待焊接的材 料、焊料以及保護(hù)氣體的協(xié)同作用，通過選擇短路過程中的正確電流脈 沖以及該方法的其它參數(shù)值，可在短路階段的電流下降的過程中取得破 斷電流。因此，能夠取得下面的以及其它的優(yōu)點(diǎn)。在焊接過程之前所測得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 一 一 例如短路循環(huán)期間的測量 數(shù)據(jù)或者燃弧階段長度的測量數(shù)據(jù)一 —能夠用來穩(wěn)定焊接過程，并因此 用來精確調(diào)節(jié)用于控制的多參數(shù)控制參數(shù)。與普通的短弧焊過程相比，通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式所取得的優(yōu) 點(diǎn)如下不飛濺、產(chǎn)生熱量少、更好地控制熔池和根部熔深以及較高的 焊接速度。該技術(shù)與已知方案相比較為簡單。不需要復(fù)雜且易受干擾的借助連 接到工件的電纜來測量頸縮的電子設(shè)備。另外，不需要快速的電流下降 切換。


下面將通過示例并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述。圖1示出在單個(gè)焊接循環(huán)過程中根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)脈沖形式。圖2a - 2d示出在焊料熔滴與焊絲脫離的不同階段的示意性側(cè)視圖。圖3示出在根據(jù)本發(fā)明的方法中理想的熔滴向焊池移動的側(cè)視圖。圖4示出在根據(jù)本發(fā)明的方法中的在短路階段之后的燃孤階段的側(cè) 視圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖1，在本發(fā)明中，借助于焊接電源的軟件對電流波形和電壓 波形以及影響它們的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而優(yōu)化短孤焊的短路階段以及產(chǎn) 生短弧的燃弧階段。根據(jù)用于根部焊道的焊接構(gòu)想，此處給出了理論電 流曲線。新的電流曲線形狀可以參照脈沖短弧。新的電流曲線的操作是借助于理論和試驗(yàn)來設(shè)計(jì)，并且新的脈沖短 弧焊接過程中的操作的特殊區(qū)域?qū)?yīng)于各個(gè)參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的短弧過程非常適合于根部焊道焊接。在焊接過程中， 其重點(diǎn)在于以數(shù)字方式形成來自電源的電流曲線和電壓曲線。在改進(jìn)的 根部焊道焊接波形中，在燃弧階段過程中期望在填充金屬的焊絲和工件 之間開始短路。 一旦短路開始，首先增大電流并保持在該電平一段時(shí)間， 該時(shí)間由焊接情況的材料和送絲速度決定，并且之后將電流降低到較低 電平。當(dāng)電流位于較低電平時(shí)，熔滴頸縮至脫離填充金屬焊絲的端部并 轉(zhuǎn)移到熔池。當(dāng)填充金屬焊絲與填充金屬焊絲的端部脫離時(shí)，焊接過程移至燃弧 階段。在該階段的起始處，當(dāng)電弧點(diǎn)燃時(shí)電壓升高。由于焊接電源調(diào)節(jié) 速度較慢，所以其最初的功率僅能以有限的速度改變。這就表示，當(dāng)電 壓升高時(shí)，電流首先下降到低于燃弧階段之前的水平。在由于焊接電源 調(diào)節(jié)較慢而引起的延遲之后，電弧的功率以所需的速度增大至所需的水 平，由此已經(jīng)轉(zhuǎn)移到熔池的填充金屬熔滴和熔池變形以產(chǎn)生所需的根部 熔深。通過利用所選定的最優(yōu)的電流曲線形狀，熔滴脫離并轉(zhuǎn)移至焊接熔 池的過程不會發(fā)生飛濺。在開發(fā)工作中，利用了十二個(gè)參數(shù)來調(diào)整電流曲線的形狀。每個(gè)參 數(shù)就其自身部分而言影響著焊接過程中的電弧的狀態(tài)。除此之外，在圖1中標(biāo)示出短路期間14和燃弧期間15，在該文獻(xiàn)中燃弧期間15也稱作 電弧燃燒期間。結(jié)合圖2a-2d來分析圖1，圖2a-2d具體圖示出熔滴 22從焊絲20至母材21的脫離過程。圖2a示出短路階段14恰好開始時(shí) 的情形，此時(shí)熔滴22與母材21內(nèi)的熔池形成短路。在圖2b中，該情 形處于短路階段14的結(jié)束階段，而在圖2c中，燃弧階段15剛開始。 接下來圖2d示出燃弧階段15結(jié)束時(shí)的情形一一熔滴22與母材21即將 形成短路之前，此時(shí)處于燃弧階段15的低電流期間16。改變圖1的各 參數(shù)l……12: a以使焊接電弧理想化。在短路階段14中，在基值電流 (RW基值電流1) 1的電平處能夠增加或減少母材21的熱量。因此， 基值電流1為能夠設(shè)定到所需電平的可調(diào)參數(shù)。RW熔濕時(shí)間2限定為 在電流增大之前用于截獲填充金屬熔滴22的時(shí)間。圖2a位于該時(shí)期。 在短路階段14中，借助于洛倫茲(Lorentz)力一一即頸縮力一一來限 定填充金屬熔滴22從填充金屬焊絲的末端至熔池的轉(zhuǎn)移。參數(shù)3……6 就用于該目的。圖3中清楚地示出理想的洛倫茲力。RW1分離時(shí)間5 限定為電流處于電平4的時(shí)間。i殳定RWl頸縮電流的電流電平4以及 其在RW1分離時(shí)間5的過程中的持續(xù)時(shí)間使得填充材料的一部分能夠 轉(zhuǎn)移到熔池并且頸縮力能夠開始生效。RW1破斷電流6給出在電流增 大之后的電流下降到的電平。在該部分中，試圖將填充金屬熔滴轉(zhuǎn)移到 熔池。圖2b處于該時(shí)期中，并且圖2c示出在頸縮剛剛結(jié)束之后的時(shí)刻。 在該方法中，期望熔滴22在階段7頸縮。在該短路過程中并不像在已 知過程中試圖通過測量電壓來檢測熔滴22的頸縮。熔滴22可在電流電 平達(dá)到RW1破斷電流6之前或者電流電平達(dá)到RW1破斷電流6時(shí)轉(zhuǎn) 移到母材21。根據(jù)該控制及其相關(guān)的電源電路，電流的下降波形能夠?yàn)?線性、圖中所示的指數(shù)形或者以上形狀的組合。因此，可將電流指引至 電平6。在這種情況下，電流并沒有立即下降，而是期望在破斷時(shí)間7 的時(shí)期中使熔滴22頸縮脫離。借助于電壓的快速增加而檢測出短路階 段的終止。圖3是示出在該過程中發(fā)生的力的作用下理想的熔滴22至熔池轉(zhuǎn) 移的照片。在該附圖的情況下，母材為EN 14301/AISI 304，填充材料 為EN 12072-22 G19 123LSi (1.0 mm)，保護(hù)氣體為69.5%Ar+30% He+0.5%CO2，以及焊接姿勢為PG。在填充金屬熔滴22轉(zhuǎn)移之后，短路終止并且焊弧重新點(diǎn)燃，其后 利用脈沖電流形成電弧。這被稱為整形脈沖。借助整形脈沖(參數(shù)8…… 10)將填充金屬熔滴22推進(jìn)熔池并使之與熔池良好混合，并因此形成 根部焊道的必需熔深。設(shè)置RW1形成速度8以及RW1形成電流9，RW1形成速度8限定 電流增加的速度，并且RW1形成電流9限定用以增強(qiáng)電弧所輸送的能 量的電流電平。RW1形成時(shí)間IO限定脈沖焊弧——即整形脈沖——的 時(shí)間。通過改變參數(shù)8……IO可以影響焊弧，并因此影響焊接過程中的 被焊接材料21以及填充金屬焊絲20的狀態(tài)。與普通的短弧焊相比，圖4中的脈沖電流形成軟電孤。當(dāng)空氣隙增 大時(shí)，改變這些參數(shù)以使焊弧變寬，因此容許更容易地控制熔池。當(dāng)空 氣隙減小時(shí)，改變這些參數(shù)以產(chǎn)生更集中的電弧。在低電流時(shí)期16中，在i殳定的時(shí)間RW基值時(shí)間1 ll之后，通過 使基值電流電平1進(jìn)一步下降到所需電平RW基值電流2 12能夠防止 填充金屬熔滴在填充金屬焊絲的端部處過度增大。該部分僅在如果低電 流時(shí)期的持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定的極限ll時(shí)出現(xiàn)。在圖4中，當(dāng)電弧燃燒之后，在不轉(zhuǎn)移填充材料并且不會引起飛濺 的情況下使整形脈沖推動熔池，母材為EN 14301/AISI 304，填充材料 為是EN 12072-22 G19 123LSi (l.Omm )，保護(hù)氣體為69.5%Ar+30% He+0.5%CO2，以及焊接姿勢為PG。
權(quán)利要求
1.一種短弧焊方法，在所述方法中在焊絲(20)和母材(21)之間形成電力周期性改變的電弧，所述電弧通過所述焊絲(20)的熔滴(22)周期性地發(fā)生短路，每個(gè)焊接循環(huán)由短路階段(14)和燃弧階段(15)形成，所述短路階段(14)和所述燃弧階段(15)都包括大電流脈沖(5，10)和小電流期間(2，7，12，16)，其特征在于在每個(gè)所述短路階段(14)的結(jié)束部分處形成下降的電流形狀(6，7)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，短路響應(yīng)的初始部分 為大電流脈沖，所述大電流脈沖是分離所述填充金屬熔滴(22)所需能 量的重要部分。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在電流電平充分低至 實(shí)現(xiàn)無飛濺處使所述填充金屬熔滴(22)發(fā)生脫離。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在開始所述短路階段(14)之前基于所述材料、保護(hù)氣體以及送絲速度來限定所述短路階段 的結(jié)束部分的參數(shù)(2， 3, 4， 5， 6)。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測量所述 短路階段(14)的長度，并且所測得的數(shù)據(jù)用于調(diào)整接下來的燃弧階段 和短路階段的參數(shù)(l, 2， 3， 4， 5， 6， 8， 9, 10， 11， 12)。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測量所述 燃弧階段(14)的長度，并且所測得的數(shù)據(jù)用于調(diào)整接下來的短路階段 和燃弧階段的參數(shù)(l， 2， 3， 4, 5， 6, 8， 9， 10， 11， 12)。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述燃 弧階段(15)開始時(shí)利用脈沖電流(8， 9, 10)形成熔池。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述燃弧階段(15)開始時(shí)利用多參數(shù)(8， 9, 10)的脈沖電流形成所述電弧。
9. 一種短弧焊設(shè)備，所述設(shè)備包括用于在焊絲(20)和母材(21)之間形成電力周期性改變的電弧的 裝置，所述電弧通過所述焊絲(20)的熔滴(22)周期性地發(fā)生短路，每個(gè)焊接循環(huán)由短路階段(12， 14)和燃弧階段(15)形成，所述 短路階段(14)和所述燃弧階段(15)都包括大電流脈沖(5， 10)和 小電流期間(2， 7， 12， 16)，其特征在于，所述設(shè)備包括用于在每個(gè)所述短路階段(14 )的結(jié)束部分處形成下降的電流形狀 (6， 7)的裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于以 大電流脈沖形成短路響應(yīng)的初始部分的裝置，所述大電流脈沖是分離所 述填充金屬熔滴(22)所需能量的重要部分。
11. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于在 電流電平充分低至實(shí)現(xiàn)無飛濺處執(zhí)行使所述填充金屬熔滴(22)脫離的 裝置。
12. 如權(quán)利要求9、 10或11所述的設(shè)備，其特征在于，所述^殳備包 括用于在開始所述短路階段(14)之前基于材料、保護(hù)氣體以及送絲速 度來限定所述短路階段的結(jié)束部分的參數(shù)(2， 3， 4， 5， 6)的裝置。
13. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備 包括用于測量所述短路階段(14 )的長度的裝置以及用于利用所測得的 數(shù)據(jù)來調(diào)整接下來的燃弧階段和短路階段的參數(shù)(1， 2， 3, 4， 5， 6， 8， 9， 10， 11， 12)的裝置。
14. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備 包括用于測量所述燃弧弧階段(14 )的長度的裝置以及用于利用所測得 的數(shù)據(jù)來調(diào)整接下來的短路階段和燃弧階段的參數(shù)(l, 2, 3， 4， 5， 6， 8， 9, 10， 11， 12)的裝置。
15. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備 包括用于在所述燃弧階段(15)開始時(shí)利用脈沖電流(8， 9， 10)形成 熔池的裝置。
16. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備 包括用于在所述燃弧階段(15)開始時(shí)利用多參數(shù)(8， 9， IO)的脈沖 電流形成所述電弧的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短弧焊方法以及設(shè)備。根據(jù)該方法，在焊絲(21)和母材(20)之間形成電力周期性改變的電弧，電弧通過焊絲(21)的熔滴(22)周期性地發(fā)生短路，其中每個(gè)焊接循環(huán)由短路階段(14)和燃弧階段(15)形成，因此短路階段(12，14)和燃弧階段(15)都包括大電流脈沖(5，10)和較小電流期間(2，7，12，16)。根據(jù)本發(fā)明，在各短路階段(14)的結(jié)束部分處形成下降的電流形狀(6，7)。
文檔編號B23KGK101262976SQ200680033180
公開日2008年9月10日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者埃薩·埃洛涅米, 奧利·耶爾維寧, 波利·海邁萊伊寧 申請人:肯倍公司