CN101421068B - 用于对工件进行焊接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种用于通过消耗性焊丝(13)焊接工件(16)的方法,在焊接过程中通过送丝装置(11)使所述焊丝(13)基本上朝着所述工件(16)运动,其中启动并进行用于从所述焊丝(13)的端部去除焊渣(42)的过程。为了提供不被可能附着在焊丝(13)的待接触的端部的焊渣(42)影响并且确保安全引燃电弧(15)的方法,在一旦启动焊渣去除过程时,焊接电流(I)被减小到最小值,在焊渣去除过程中,以快速反复向前/向后运动的方式使所述焊丝(13)朝着所述工件(16)循环运动预定的路径长度,再离开所述工件(16)运动更短的路径长度,直到短路监控单元检测到所述焊丝(13)和所述工件(16)之间的短路,此时完成焊渣去除过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种用消耗性焊丝对工件进行焊接的方法,在焊接过程中,通过送丝装置使焊丝大致朝向工件移动,电弧在焊丝和工件之间燃烧,其中,启动和进行从焊丝端部去除焊渣的过程。
背景技术
现有技术中已经知道包括用于去除焊渣的过程的焊接方法。例如,专利文献JP4143074A示出了一种方法,其中通过在工件上摩擦焊丝来去除焊渣。然而,这需要连接有焊炬的整个机械手运动。此外,存在由于机械影响导致的焊丝弯曲的危险。
在根据专利文献JP5245637A描述的方法中,在出现引弧问题的情况下,焊丝在一定压力下被压在工件的表面上,由此去除焊渣。这里焊丝也可能被损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接方法,该焊接方法不被可能附着在焊丝的待接触的端部的焊渣影响,并且确保安全引燃电弧。
本发明的该目的通过下述方式实现:在一旦启动焊渣去除过程时,焊接电流被减小到最小值,在焊渣去除过程中,以快速反复向前/向后运动的方式使所述焊丝朝着所述工件循环运动预定的路径长度,再离开所述工件运动更短的路径长度,直到短路监控单元检测到所述焊丝和所述工件之间的短路,此时完成焊渣去除过程。采用本发明的方法,不需要因为焊丝端部可能附着有焊渣而中断焊接过程,并且防止电弧被引燃。焊渣去除过程确保了下一焊接过程的电弧被以安全的方式引燃,并基本上没有任何延迟。由于可以采用本身已知的用于检测短路的短路监控单元,可以在适当的焊接装置中以相对简单的方式实现焊渣去除过程。由于一旦启动焊渣去除过程时,焊接电流被减小到最小值,此时会防止引燃电弧,但是仍然会检测到短路。
可以在引弧的过程的开始时的时间段、在引弧整个过程期间的时间段或者在引弧过程之前进行所述焊渣去除过程。
在所述焊渣已经被去除之后,优选通过称为SFI过程(无喷溅引弧过程)引燃电弧,其中,对所述焊丝施加低焊接电流,并且所述焊丝朝着所述工件向前连续运动,直到与所述工件接触,在发生短路之后倒转送丝方向,焊丝离开所述工件连续运动,使得当焊丝抬离时引燃电弧。可选的是,向后输送焊丝到离工件预定距离。这意味着在SFI过程之前进行焊渣去除过程,其中焊渣被自动去除直到检测到短路。与相应的焊接过程想适应的电弧引燃过程不被焊渣去除过程影响。在焊渣去除过程期间,基本上朝着工件输送焊丝,由此焊丝在工件上的冲击力增加,从而加速了焊渣去除过程。
还有利的是,监控所述送丝装置的电机电流,并至少检测所述焊丝与所述工件的首次接触。这允许防止工件由于焊丝的输送力而变形,即使短路监控单元还没有检测到短路并且因此还没有完成焊渣去除过程。
有利的是,当焊接电流在限定的时间段超过预定阈值时,检测到所述焊丝与所述工件接触。
以50Hz到150Hz的可调节的频率进行所述焊丝的循环快速反复向前/向后运动,以去除所述焊渣。通过相对较高的频率,实现了焊接过程的持续时间基本上不会由于焊渣去除过程花费的时间而延长。
根据本发明的另一方案以与焊接过程设定期间的焊丝的运动频率相对应的频率进行所述焊丝的循环快速反复向前/向后运动,以去除所述焊渣。
还有利的是,一旦所述焊渣去除过程结束,焊接电流增加到之后的引弧过程所必须的值,这样允许电弧在焊渣去除过程完成之后被立即引燃。
由于可以在调节的时间段之后完成所述焊渣去除过程,如果出现在焊丝的待接触的端部的焊渣没有通过焊渣去除过程脱离减少了不必要的时间损耗。
这里,优选的是,当所述焊丝首次接触所述工件并且没有检测到短路时,所述调节的时间段开始。
附图说明
以下将通过所附的示意图对本发明进行更为详细的解释,其中:
图1示出了焊机或者焊接装置的示意性视图;
图2示出了焊丝的待接触的端部的示意性视图,其中,焊渣附着在该端部上;以及
图3示意性示出了在根据本发明的方法的示例性焊接过程中的焊接电压、焊接电流和焊丝的运动曲线的时间过程。
具体实施方式
首先说明,为示例实施例的相同部分指定了相同的标号。
图1示出了用于大多数焊接过程或者方法的焊接装置1或者焊机,所述焊接过程或者焊接方法例如MIG/MAG焊或者WIG/TIG焊、或者电极焊接方法、双丝/前后焊接方法、等离子焊或者钎焊等。
焊接装置1包括电源2,该电源2包括功率元件3、控制单元4和开关构件5,所述开关构件5与功率元件3和/或控制单元4相关联。开关构件5和/或控制单元4与布置在用于保护气体8的供应管路中的控制阀6连接,所述保护气体例如CO2、氦气或者氩气等,所述供应管路位于气体存储器9和焊炬10之间。
除此之外,也可以通过控制单元4启动通常用于MIG/MAG焊中的送丝装置11,其中,附加材料或者焊丝13从供应鼓4通过供应管路12供应到焊炬10的区域。当然,可以将送丝装置11集成到焊接装置1中特别是集成到焊接装置1的基础壳体中,而不是如图1所示将送丝装置11设计成附属装置。
送丝装置11也可以在焊炬10的外部将焊丝13供应到处理部位,在焊炬10的端部,非消耗性电极优选布置在焊炬10中,如WIG/TIG焊通常采用的一样。
用于在非消耗性电极和工件16之间建立电弧15的电流从电源2的功率元件3通过焊接管路17供应到焊炬10,并特别供应到电极,其中,待焊接的工件16通过另一焊接管路18同样与焊接装置1连接,并特别是与电源2连接,由此激活用于建立电弧15或者形成等离子流的过程的功率电路。
为了对焊炬10提供冷却,焊炬10可以与流体容器连接,特别是通过冷却回路19经由夹设的流体控制器20与水存储器21连接,由此使得当焊炬10开始工作时启动冷却回路19并且特别启动用于容纳在水存储器21中的流体的流体泵,以便对焊炬10进行冷却。
焊接装置1还包括输入和/或输出装置22,通过所述输入和/或输出装置22,焊接装置1的大部分不同的焊接参数、操作模式或者焊接程序可以被设置和调用。在该过程中,通过所述输入和/或输出装置22设置的焊接参数、操作模式或者焊接程序被传送到控制单元4,控制单元4又随后激活焊接装置1的各个部件,并且预先确定相应期望的控制值。
在该示例性实施方式中,焊炬10还通过软管包23与焊接装置1连接。软管包23容纳从焊接装置1通向焊炬10的各个管路。软管包23通过连接装置24与焊炬10连接,而布置在软管包23中的各个管路通过连接插座或者插入式连接件与焊接装置1的各个触点连接。为了确保软管包23的适当的应变释放,软管包23通过应变释放部件25与壳体26连接,特别与焊接装置1的基础壳体连接。当然,也可以使用连接装置24来连接到焊接装置1上。
不是所有的上述部件需要在各种焊接方法或者焊接装置1例如WTG焊接装置或者MIG/MAG焊接装置或者等离子焊接装置中采用。这里,例如,可以将焊炬10设计成空气冷却的焊炬10。
通过焊接装置1,可以进行焊接过程,例如,冷金属过渡焊接过程,以下称为CMT。总是通过引燃电弧15来启动焊接过程,其中可以例如通过接触引弧或者高频引弧来进行引燃过程。例如通过提升引弧原理或者现有技术已知的SFI过程来进行引燃电弧15的引弧过程。这里,以低电流连续向前输送焊丝13直到与工件16接触,在形成短路之后倒转焊丝输送方向,连续离开工件16移动焊丝13,使得当焊丝13抬离时电弧15被引燃,然后焊丝被任选地向后输送到离工件16预定的距离。因此,建立了电弧15,允许启动焊接过程本身。
对于上面描述的接触引弧,需要使得导电焊丝13不接触工件16。控制单元4通过现有技术已知的短路检测来检测导电焊丝13与工件16是否接触,之后,控制单元4改变焊丝13的输送方向。
但是,如果不导电的或者导电性差的焊渣42出现在焊丝13的待接触的端部,如图2所示,焊渣42首先接触工件16,由此不会发生电接触,因此不会发生电弧15的引弧。出现在焊丝13的待接触的端部的仅少量的焊渣42例如球形或者帽形的焊渣通常已经防止发生电接触并因此防止发生引弧。现有技术更好的引燃电弧15的方法,例如在焊接过程结束时形成尽可能小的焊丝13的引弧截面,不能消除上述问题。
其原因是,当焊接过程完成时,焊丝13从熔池43向后运动,其中熔池43的表面上的部分焊渣42还附着在焊丝13的端部上。此外,如果焊丝13的液态端部在焊接过程结束时固化,则焊渣42会形成在焊丝13的端部。在钢和/或合金钢的焊接过程中经常如此。因此,由于没有建立从焊丝13到达工件16的电流,焊渣42防止或者阻止了在焊接过程开始时电弧15的引燃。这就是通过短路监控单元也不能检测到短路的原因,焊丝13被进一步朝着工件16输送,可导致工件16损坏甚至变形。这可例如通过如下方式来防止:通过当电流超过预定阈值一段时间时停止输送焊丝13,监控焊丝输送装置11的电机电流。由于输送力和电机电流相互成比例,因此这可以实现。
为了允许重新引燃电弧15,例如,焊丝13的待接触的端部并且附着的不导电的焊渣42必须被以手动或者自动的方式去除或者焊丝端部必须被切断。
另一种可能是,改变焊丝13相对于工件16的冲击角度,由此使得导电焊丝13可能在焊渣42的边缘区域接触工件16,可以检测短路并且可以通过倒转焊丝13的输送方向来引燃电弧15。然而,为了引导焊炬10而对机械手进行编程所必需付出的劳动很多。
根据本发明,位于焊丝13的端部的焊渣42通过焊丝13的适当运动而被去除。这里,焊丝13循环向前高速输送一定的路径长度,并且向后输送更小的路径长度。这导致焊丝13的端部与工件16反复振动式接触,焊丝13的该端部是待接触的端部,其上附着有焊渣42,由此当焊丝13冲击工件16时由于机械力的效果使得焊渣42从焊丝13的端部脱离。
图3示意性示出了根据本发明的用于在CMT焊接过程中通过曲线27到30从焊丝13的端部去除焊渣42的方法,这些曲线示出了焊接电压U、焊接电流I、焊丝13的端部的运动的输送速度和/或相对于工件16的位置的时间过程。
消耗性电极和/或焊丝13用于焊接过程中,其中控制焊接装置1和/或焊接电流源。这里,工件16和焊丝13通过在焊丝13和工件16上的电反极之间建立即引燃的电离的等离子体柱和/或电弧15而熔化。这在引弧阶段31发生,在该引弧阶段31进行引弧过程,例如SFI过程。例如通过用户推动焊炬10上的按钮或者自动推动该按钮来启动引弧阶段31。
为了防止电弧15可能由于附着在焊丝13上的焊渣42而不被引弧,在引弧阶段31开始时在引弧过程的时段47进行根据本发明的焊渣去除过程。
这里,对于焊渣去除过程,焊丝13没有被连续向工件16输送,但是被向前输送,即朝着工件16以一定的频率输送,再向后输送,即离开工件16输送。这里,焊丝以高速向前输送一定的路径长度再向后输送更小的路径长度,使得焊丝13朝着工件16运动得比离开工件16运动得更多。当然,也可以对于焊渣去除过程采用更低或者更高的频率。这里,应当确保,焊渣去除过程的持续时间定义有频率。这是为什么特别高的频率是重要的原因,因为高频导致所述持续时间明显减小。
因此,直到与工件16接触,焊丝13例如以调节为75Hz的频率进行快速的反复向前/向后运动。
因此,如在时间点44看到的一样,附着在焊丝13上的焊渣42接触工件16。由于焊渣42不导电,在时间点44控制单元4和/或短路监控单元检测不到短路,焊丝13以调节为75Hz的频率进行快速的反复向前/向后运动。这导致以相应的输送力输送的焊丝13反复以一定的冲击力冲击工件16。最后,焊渣42从焊丝13的待接触的端部脱离,如时间点45所示,并且控制单元4可以检测到短路,如时间点46所示,然后完成焊渣去除过程。
这样,存在从焊丝13到工件16的电流传递,由此引起下一焊接过程的电弧15的引燃,和/或继续引弧过程。当已经继续引弧过程时,例如,焊炬10或者工件16的运动会在自动焊接的情况下启动,并进行焊接。当然,在去除焊渣42期间焊炬10和或者工件16不移动,使得遵循计划的或者已编程的焊接起始点。
在焊丝13首次与工件16接触之后检测到短路时,即当没有焊渣42附着在焊丝13的待接触的端部时,完成焊丝13的快速的反复向前/向后运动。这意味着在这种情况下没有焊渣去除过程,只有在引弧过程的开始时发生焊丝13的反复的向前/向后运动,从而引入焊渣去除过程。
在上面描述的用于去除焊渣42的方法中,焊丝13朝着工件16输送得比离开工件16输送得更多。同样,也可在时间点44和46之间不进一步以这种方式朝着工件16输送焊丝,而是基本上向前输送与之前向后输送的一样多距离的焊丝。
例如,在焊丝13相对于工件16反复向前/向后运动之后,通过电机电流监控单元检测焊丝13与工件16的首次接触,从而实现这点。这里,从供应鼓14输送焊丝13到焊炬10和/或工件16的电机的电流被适当地监控。
如果电机电流监控单元检测和/或测量到在一定的或者限定的时间段的太高的电机电流,则焊渣42阻止在工件16和焊丝13之间发生短路。这里,为了去除焊渣42,改变焊丝13的输送方式,使得在快速反复向前/向后运动期间,焊丝向前和向后运动基本上一样多。因此,去除出现在焊丝13的待接触的端部的焊渣42,并且减小了工件16和/或焊丝13由于焊丝在工件16上的反复冲击而变形的风险。这样,在检测到短路之后结束焊渣去除过程,并且可以继续引弧过程。
当然,也可以设想其他用于去除焊渣42的方法,其中,焊丝13连续向前输送,直到首次接触工件16。如果在预定的时间段之后控制单元4没有检测到短路,或者如果电机电流在一定的时间段超过预定值,即如果焊渣42出现在焊丝13的待接触的端部,则中断引弧过程,引入焊渣去除过程。这里,在引弧过程中(未示出)在时间段47也发生焊渣去除过程,其通过启动按钮来引入。
例如以调节为75Hz的频率进行焊丝13的快速反复向前/向后运动。如果控制单元4和/或短路监控单元在焊丝13与工件16接触几次之后检测到短路,则焊渣42被成功的去除,然后,引入焊接过程和/或继续引弧过程。
当然,焊接去除过程也可以与已知的任何引弧过程例如高频引弧过程结合采用。
例如,在结合高频引弧的焊渣去除过程中,在高频引弧之前进行去除焊渣的过程(未示出)。在结束焊渣去除过程之后,焊丝13被适当的定位,然后启动引弧过程。对于高频引弧,以非接触的方式通过高频脉冲来引燃电弧。
为了在焊渣去除过程中几乎完全不进行电弧15的引燃,焊接电流I优选减小到低值,例如减小到10A以下。这样,在焊渣42去除的时间点45,确保焊丝13不会燃烧到工件16上,或者电弧15不会在焊丝下一次向后运动过程中被无意中引燃。在已经结束焊渣去除过程之后,再增加焊接电流I到原始设置的电流I,使得引弧过程和/或之后的焊接过程可以无条件地进行。
例如,也可以适时地限制焊渣去除过程,使得如果焊渣42不能通过反复的向前/向后运动和/或与工件16的接触来分离,则焊渣去除过程不需要不必要的多的时间。这里,只要附着在焊丝13的待接触的端部上的焊渣42首次接触工件16就启动该时间。这通过上面已经描述的电机电流监控单元来检测。
当然,通过根据本发明的焊渣去除方法不仅可以去除附着在焊丝13的端部上的焊渣42,也可以用来去除附着在工件16上的焊渣42。在这种情况下,也会防止引燃电弧15,其中,焊渣42被相应地通过上面表述的焊渣去除方法中的一种来从工件16去除。这里,当然也可以是焊渣42同时从焊丝13的待接触的端部和工件16去除的情况。
在引弧过程中已经任选地进行了焊渣去除过程之后,并且在已经结束引弧过程之后,适当地发生焊接过程。
在例如通过SFI过程使得电弧15已经引燃之后,焊丝13从工件16向后运动到上部死点32,直到已经到达限定的距离33和/或已经经过限定的时间段。在引弧阶段31的一个或者多个时期,电流被限制,使得焊丝13不会熔化。
在电弧15已经引燃和/或已经到达距离33之后,在焊接过程本身之前的预定时间段通过高能量引入(如图中虚线所示)进行第一短稳定阶段34,然后可以进行由循环反复的焊接过程的阶段建立的焊接过程。这提供了如下有限:通过高能量引入的短稳定阶段34实现了电弧15和/或工件16的热量和/或熔池的稳定。此外,焊丝13被引弧过程加热,之后的焊接过程可以始于被预热的焊丝13,由此明显提高了焊接质量。
在引弧阶段31和/或稳定阶段34已经发生之后,在时间点35进行焊接过程本身,例如进行下面将简单描述的CMT焊接过程。
在CMT焊接过程中,在表示为电弧阶段36的过程阶段,焊丝13被向前输送,直到与工件16接触。在电弧阶段36,焊丝13被熔化,使得在焊丝的端部形成熔滴37。在电弧阶段36期间,焊接电流和/或焊接电压被控制,使得没有熔滴脱离,并且在时间点38,短路发生,引入短路阶段39。在短路阶段39,倒转送丝方向,使得焊丝从工件16向后输送,直到短路打开,即形成电弧15,和/或直到已经到达限定的距离33,和/或直到已经经过限定的时间段。在时间点35,又进行电弧阶段36,此时在上部死点32再倒转焊丝13的送丝方向,焊丝13被朝着工件16移动。
在该焊接过程中,焊丝13以与每秒钟短路的次数对应的一定的运动频率经历振荡运动。该运动频率例如是75Hz,这种情况下之后每秒钟发生75次短路。这里,送丝装置11基本上被控制,使得给出负信号和/或焊丝13在短路阶段39向后输送,在电弧阶段39建立电弧15,并且给出正信号和/或焊丝在电弧阶段36朝着工件16输送,在该电弧阶段36焊丝13被加热和/或熔化形成熔滴。但是,控制焊丝13的运动方向未必必须与电弧阶段36和/或短路阶段39相互关联,因为电弧阶段36可以通过控制焊接电路的电路水平引入期望的能量来实现,例如已经在焊丝13向后运动期间。也就是说,在已经建立电弧15的情况下,焊丝13也可以离开工件16输送,直到已经到达限定的时间点和/或距离。
在已经到达死点之后,焊丝13向前运动直到填充材料与工件16接触特别是熔池接触,实现熔滴脱离。由于焊丝13上的熔滴37以及熔池的表面张力和/或熔滴37的其他已知的活性物理效应,熔滴37从焊丝13分离。焊丝13的向后运动促进了电弧15的再引燃。当然,为了有助于熔滴分离,可以在短路阶段39(未示出)增加焊接电流I,特别是以振动式的方式。在CMT焊接过程中,在所示的示例性实施方式中电弧阶段36和短路阶段39周期性交替进行。
从图3中可以看出,一旦已经超过时间点35,电压U和/或电流I增加到第一水平。可选的是,该水平被确定为工作水平,在整个电弧阶段36和短路阶段39,该工作水平被恒定地保持和/或追随焊接过程曲线。从曲线28可以看出,焊接电流I优选具有第一部分即焊接电流40和至少另一部分即基本电流41,该基本电流41确保了电弧15的安全的再引燃。
与工作电流40相比,基本电流41优选较低,其中工作电流40的电流强度可以比基本电流41的电流强度高1.5倍到10倍,优选为4倍到8倍。例如,基本电流41可以是5A到50A,优选为大约10A到30A,而工作电流40可以是50A到500A。
CMT焊接过程的方法的进一步的细节这里不做描述,因为焊丝13和/或工件16的恒定的或者交替的极性的用于焊接过程的该CMT过程在现有技术中已经已知。
当然,可以在由适当的焊接过程形成的焊缝的端部进行焊渣去除过程或者在包括几个焊缝的工件16的端部进行焊渣去除过程。这样,焊渣42可以从焊丝13的待接触的端部去除,由此确保了在接下来在工件16上形成的焊缝的起始处安全引燃电弧15。
Claims (12)
1.一种用于通过消耗性焊丝(13)焊接工件(16)的方法,在焊接过程中通过送丝装置(11)使所述焊丝(13)基本上朝着所述工件(16)运动,其中,电弧(15)在所述焊丝(13)和所述工件(16)之间燃烧,其中启动并进行用于从所述焊丝(13)的端部去除焊渣(42)的过程,其特征在于,一旦启动焊渣去除过程,焊接电流(I)被减小到最小值,在焊渣去除过程中以快速反复向前/向后运动的方式使所述焊丝(13)朝着所述工件(16)循环运动预定的路径长度,再离开所述工件(16)运动更短的路径长度,直到短路监控单元检测到所述焊丝(13)和所述工件(16)之间的短路,此时完成焊渣去除过程。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在用于引燃电弧(15)的过程的开始时的时间段(47)进行所述焊渣去除过程。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在用于引燃电弧(15)的过程期间的时间段(47)进行所述焊渣去除过程。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在用于引燃电弧(15)的过程之前的时间段(47)进行所述焊渣去除过程。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的方法,其特征在于,在所述焊渣(42)已经被去除之后,通过引弧方法引燃电弧(15),其中,对所述焊丝(13)施加低焊接电流(I),并且所述焊丝(13)朝着所述工件(16)向前连续运动,直到与所述工件(16)接触,在发生短路之后倒转送丝方向,焊丝(13)离开所述工件(16)连续运动,使得当焊丝(13)抬离时引燃电弧(15)。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,监控所述送丝装置(11)的电机电流,并至少检测所述焊丝(13)与所述工件(16)的首次接触。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,当焊接电流(I)在限定的时间段超过预定阈值时,检测到所述焊丝(13)与所述工件(16)接触。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,以50Hz到150Hz的可调节的频率进行所述焊丝(13)的循环快速反复向前/向后运动,以去除所述焊渣(42)。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,以与焊接过程设定期间的焊丝(13)的运动频率相对应的频率进行所述焊丝(13)的循环快速反复向前/向后运动,以去除所述焊渣(42)。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,一旦所述焊渣去除过程结束,焊接电流(I)增加到之后的引弧过程所必须的值。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在一个可调节时间段之后完成所述焊渣去除过程。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,当所述焊丝(13)首次接触所述工件(16)并且没有检测到短路时,开始所述可调节时间段。
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