CN101309774A - 借助摆动电极的窄间隙埋弧焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种窄间隙埋弧焊接方法，在该焊接方法中设计了焊丝电极(30)在间隙(10)内的摆动运动，以产生第一焊道(50)，在该摆动运动中，电弧(40)在其中一个工件侧面(20a，20b)与中间区域(12)之间往复运动，从而第一焊道(50)不是从第一工件侧面(20a)延伸至第二工件侧面(20b)。

Description

借助摆动电极的窄间隙埋弧焊接方法
本发明涉及一种窄间隙埋弧焊接方法，该焊接方法用于连接金属工件。
为了焊接厚壁构件，除了钨极惰性气体保护焊(WIG)和熔化极惰性气体保护焊(MIG)/熔化极活性气体保护焊(MAG)窄间隙焊接方法之外，也使用窄间隙埋弧焊接方法。MAG焊接方法在DE 196 26 631C1中描述了。在这里，焊接设备在间隙中被导向，此外至少一根穿过接触管被引导的熔化焊丝电极在保护气体的保护下以预定的焊丝进给速度供给至焊接区域。为了保证良好的焊道质量，在焊丝电极与工件之间产生的电弧通过焊丝电极端部的旋转运动而交替地朝着两个工件侧面移动。在这里，电弧定位的监控是通过检测其运动的传感器来实现。
在各种不同的焊接方法中，焊丝电极的精确定位经常是在工件侧面或焊道根部上，通过使用例如与光电二极管8结合地设置的向前移动的探测传感器7来控制。其他焊接方法利用对焊道几何形状的超前的连续的图像分析处理并由此推导出焊丝电极的跟踪运动。针对MIG/MAG焊接方法和WIG脉冲焊接，EP-A-0 186 041 A1建议利用电弧作为用于自动跟踪焊接设备的传感器。为了这个目的，对焊丝电极围绕间隙中心的摆动运动连同测得的焊接电流和/或焊接电压进行分析处理。
窄间隙埋弧焊接方法首先应用在可以实现高的熔断功率的地方。此外，该方法也可以应用在借此最好能够达到和保证对例如韧性和硬度的材料特性的要求的地方。为了熔化工件侧面，在窄间隙埋弧焊接方法中，借助在电极端部上折弯的焊丝供给装置进行操作，如在图1中所示。借助以这种方式固定定位的电极端部6，并排地布置2至3条焊道1至5，以在工件9的间隙10中形成层。间隙10的宽度在18mm与22mm之间变动，必要时也可以超出该范围。为了借助焊道1至5保证可靠的层结构，焊丝电极端部关于焊炬高度和侧向距离的精确匹配是不可缺少的。
在厚壁工件的窄间隙埋弧焊接方法中，侧向焊透的质量取决于焊丝电极与工作侧面的精确匹配。由于焊剂的覆盖而不能在视觉上被识别的有缺陷的匹配例如导致侧面未熔合。如果焊炬垂直于工件侧面移动，那么出现这种缺陷。此外，由于焊炬和通常使用的焊丝电极直径，相对较大的间隙宽度是必需的。
因此，本发明的任务是，提供一种与现有技术相比更加可靠的窄间隙埋弧焊接方法。
上述任务是通过根据独立权利要求1的窄间隙埋弧焊接方法得以解决。由下面的描述、附图及权利要求中得知该焊接方法的有利的改进方案。
本发明的方法是借助一种焊接设备来实施，该焊接设备能够在间隙内在第一和第二工件侧面之间被导向，并且具有用于针对性地对电弧进行定位的可活动的焊丝电极。通过预先确定焊接电压和/或焊接电流在焊丝电极的端部上产生电弧。然后，为了在间隙内产生第一焊道(Raupe)，焊丝电极以摆动运动被驱动，在该摆动运动中，电弧在其中一个工件侧面与间隙的中间区域之间往复运动，从而第一焊道不是从第一工件侧面延伸至第二工件侧面。
为了产生具有高的耐用度并且良好地连接到工件侧面的焊道，本发明在它的窄间隙埋弧焊接方法中利用焊丝电极的摆动运动。该摆动运动优选是在第一工件侧面与间隙的中间区域之间延伸。借助该过程防止了在焊道上形成的焊渣层在冷却过程中在两个相对的工件侧面之间变形。因此，使从相应覆盖的焊道去除熔渣层变得容易。
在去除第一焊道的熔渣层之后，在间隙内在该第一焊道的旁边并且与第二工作侧面连接地布置下一条焊道。第二焊道与工件侧面的良好连接以及第二焊道质量是通过如下方式得到保证：该焊道是借助焊丝电极的摆动运动在另一个工件侧面与间隙的中间区域之间产生。
根据本发明的一种优选实施方式，电弧被用作传感器，以确定电弧相对于第一和第二工件侧面的位置。这是通过如下方式得以解决：除了预定的焊接电压和/或焊接电流之外，还检测在焊丝电极上存在的实际焊接电压和/或实际流过的焊接电流并由这些数据确定电弧的位置。然后，借助这些数据及由此推导出的信息，从检测到的电弧位置出发来校正焊丝电极的摆动运动。
下面参照附图描述本发明的优选实施方式。
图1示出了现有技术的焊接方法，在这些焊接方法中，层的焊道是借助固定偏斜的焊丝电极产生；
图2示出了用于实施窄间隙埋弧焊接方法的焊接设备的示意图。
窄间隙埋弧焊接方法优选是借助焊接设备SE来实施，如在图2中示意性所示。借助该焊接方法，相对的工件沿着其工件侧面20a，20b借助焊缝连接。焊接设备SE包括焊丝电极30，该焊丝电极通过接触管60输送至要焊接的位置。通过供给装置32以速度VD，将焊丝电极30输送到焊接位置。带有焊丝电极30的接触管60通过传动装置64与马达62连接。该马达62通过沿交替变化的方向的转动产生焊丝电极30在间隙10内的摆动运动，该摆动运动的振幅是可调的。在马达62在间隙10内产生焊丝电极30具有期望振幅的摆动运动的同时，焊接设备SE在间隙10内，相对于从上方可见的工件侧面20a，20b被定位及被推动。
通过参数，即焊接电流、焊接电压、电极焊丝进给量及在最上面的焊道50或最后的层与接触管60之间的距离，调节焊接设备SE的电弧40。该电弧40借助其参数既可以设计成刚性(starr)电弧40，也可以设计成旋转电弧40。
为了产生耐用度高的最优焊缝，焊丝电极30和电弧40在其中一个工件侧面20a，20b与间隙10的中间区域12之间执行通过马达62产生的摆动运动，并同时沿着间隙10运动。以这种方式产生第一焊道50，该焊道直接与其中一个工件侧面20a，20b邻接并延伸直到靠近间隙10的中心(参见图2)。
层的第一焊道50只是部分填满间隙10，从而完整的层由至少两条并排设置的焊道50构成。在形成层时，焊道50的数量例如可以根据间隙10的宽度或者根据供焊接方法使用的时间进行选择。
在第一焊道50在其中一个工件侧面20a，20b与间隙的中间区域12之间已经形成之后，在窄间隙埋弧焊接方法的焊剂从间隙10已经例如被吸出之后，去除位于该焊道50上的熔渣层(未示出)。通过只在一个工作侧面20a与间隙10的中间区域12之间形成焊道50，防止了熔渣层在相对的工件侧面20a和20b之间变形并因此使去除变得困难或者甚至不可能去除。因此，通过上述的摆动运动产生这样的焊道50，该焊道一方面具有最优的质量，而另一方面在该焊道上沉积并硬化的熔渣可以容易地去除。此外，焊道50的宽度可有针对性地适配于间隙10的宽度。为了能够进一步减小间隙10的宽度，例如在窄间隙埋弧焊接方法中使用较小的焊丝电极直径。
在窄间隙埋弧焊接方法中，在焊接过程中，产生的焊道50相对于工件侧面20a，20b的位置可以非视觉地进行检查。因此，上述方法是在焊接设备SE相对于从上方可见的工件侧面20a，20b被定位及沿着间隙10被推动的过程中进行。由于摆动运动，通过马达控制装置可以连续地实时匹配摆动运动的宽度及焊丝电极端部与工件侧面20a，20b的对应。
根据本发明的另一种实施方式，正是在窄间隙埋弧焊接方法中有利的是将电弧40用作检测电弧40相对于工件侧面20a，20b以及相对于已经产生的焊道50或完整的层的位置的传感器。因此，在与作为传感器的电弧及其参数的配合下，在没有视觉观察和干预可能性的条件下，在窄间隙埋弧焊接方法中也可以如在敞开型电弧方法(WIG，MIG/MAG)中实现焊接设备SE相对于工件侧面的自动跟踪。为了这个目的，首先，电弧配置是通过选择焊接电压和/或焊接电流来预先规定。在实施焊接方法的过程中，对在焊丝电极30的实际焊接电压和/或实际焊接电流进行检测并分析处理。这些数据的分析处理提供了电弧40相对于邻接的工件侧面20a，20b以及相对于间隙10的由完整层或焊道50形成的底面的位置。在从检测到的数据中消除例如是噪音的干扰之后，可以识别电弧40的焊接电压/焊接电流特征敏感地对焊丝电极30和工件之间的距离作出反应。以这种方式，借助检测到的实际焊接数据可以对电弧40的位置进行监视。
将由电弧40的焊接数据检测到的电弧40的实际位置传送到焊接设备SE的控制装置，以在需要时在存储的针对焊接过程的预定值的基础上校正焊接设备SE沿着间隙的运动和/或焊丝电极30的摆动运动。基于这种方法，可以在看不见产生的焊道50的情况下实施精确的窄间隙埋弧焊接。此外，在相应的焊道50上形成的熔渣层不会对焊缝产生负面影响，因为该熔渣层可以容易地去除。如果优选地使用直径为1.2mm的焊丝电极30，可以实现约12mm的窄间隙埋弧焊缝并可靠地焊接。

Claims (5)

1.借助焊接设备(SE)的窄间隙埋弧焊接方法，该焊接设备能够在间隙(10)内在第一工件侧面(20a)和第二工件侧面(20b)之间被导向，并且具有用于针对性地对电弧(40)进行定位的可活动的焊丝电极(30)，该方法包括如下步骤：
通过预先确定焊接电压和/或焊接电流，在焊丝电极(20)的端部上产生电弧(40)，和
在间隙(10)内执行焊丝电极(30)的摆动运动，以产生第一焊道，在该摆动运动中，电弧(40)在其中一个工作侧面(20a)与间隙(10)的中间区域(12)之间往复运动，从而第一焊道(50)不是从第一工件侧面(20a)延伸至第二工件侧面(20b)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括另外的步骤，即在产生第二焊道(50)之前，从第一焊道(50)去除熔渣。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括另外的步骤，即通过焊丝电极在另外的工件侧面(20b)与间隙(10)的中间区域(12)之间的摆动运动，与第一焊道(50)侧向连接地产生第二焊道。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括另外的步骤，即将电弧(40)用作传感器，以确定电弧(40)相对于第一工件侧面(20a)和第二工件侧面(20b)的位置。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括其他步骤：检测实际焊接电压和/或实际焊接电流并在实际焊接电压和/或实际焊接电流的基础上确定电弧(40)的位置，以及从确定的电弧(40)的位置出发校正焊丝电极(30)的摆动运动。
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