CN102218589B

CN102218589B - 消耗电极式电弧焊接方法

Info

Publication number: CN102218589B
Application number: CN201110096923.8A
Authority: CN
Inventors: 松村浩史; 山崎圭; 高田笃人; 胁中秀人
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-04-15
Also published as: CN102218589A; JP5766406B2; HK1163013A1; JP2011224611A

Abstract

本发明提供一种消耗式电弧焊接方法。在本发明的二氧化碳保护气体的消耗式电弧焊接方法中，包括：在电弧启动后，以利用了恒电压特性的短路过渡进行电弧焊接的第一步骤；然后，将焊接电流提高到熔珠过渡形式的电流范围(240～350A)，以恒电压特性进行电弧焊接的第二步骤；然后，在形成了熔化池的状态下，将焊接电流切换到脉冲电流，在熔珠过渡进行电弧焊接的第三步骤，在第二步骤和第三步骤中，作为熔珠过渡区域，以主焊接的送给速度送给焊丝。通过这样的方法，在电弧的启动区间中，能够防止电弧中断、接触焊嘴与焊丝的熔接，使电弧尽早地稳定，并且能够迅速地得到合适的焊道形状以及熔深。

Description

消耗电极式电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及使用二氧化碳通过脉冲电弧进行焊接的消耗电极式电弧焊接方法，特别涉及谋求电弧开始时的电弧稳定性的消耗电极式电弧焊接方法。

背景技术

以往，在消耗电极式电弧焊接方法中，从焊接开始时，在与主焊接相同的脉冲条件下，施加脉冲焊接电流进行电弧焊接。也就是说，电弧开始时的脉冲条件与主焊接的脉冲条件相同。

这样，如果在电弧开始时，在与主焊接相同的脉冲条件下施加电流，则电弧开始时的电弧不稳定，有时产生不规则的短路。由此，有以下的问题：随着溅射增大，发生电弧中断(电弧的暂时停止)等。

因此，在日本特开2000-670号中，为了短时间解除电弧开始时不规律地产生的短路，抑制电弧中断，使电弧尽快地稳定，公开了以下的电弧开始方法，其包括：第一步骤，在焊接开始以后的规定时间(第一时间)内，将焊接电流的设定值设置为比主焊接时低的值；以及第二步骤，在经过第一时间后，使焊接电流的设定值增加到主焊接时的值，其中，从焊接开始，到在第二步骤的焊接电流的设定值的增加过程中焊接电流的设定值成为规定的设定值的第一点为止，停止脉冲的输出。

但是，在上述专利公报所记载的现有技术中，从上述第一步骤的开始到第二步骤的第一点，因焊接金属量和熔入深度方面，是与主焊接不同的启动期间，虽然具有在短时间内解除短路的目的，但作为这样的启动期间，需要规定的期间。在圆柱和管道等的圆形焊接中，在焊接质量上原本需要以主焊接对包含开始部的全部焊接线进行焊接，但在现有技术中，该启动期间长成为开始部的焊接质量降低的原因。另外，在平板的焊接的情况下，通过在焊接始端部设置作为虚设物的引板，能够确保始端部的焊接质量，但在圆形焊接的情况下，无法使用引板。另外，使用了代替引板的直接焊接与圆形焊接同样，电弧开始部分也成为主焊接。这样，第一步骤和第二步骤的期间是无法期待基于电弧的熔敷金属的生成和熔深的区间，因此，在开始部成为主焊接的一部分的焊缝处，存在难以确保开始部的稳固的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题进行的，其目的在于提供一种消耗电极式电弧焊接方法，在电弧的启动区间，防止电弧中断、以及接触片(contact chip)与焊丝的熔接，使电弧尽快地稳定，同时能够迅速地得到合适的焊道形状和熔深。

本发明所涉及的消耗电极式电弧焊接方法以二氧化碳为保护气，其包括：在电弧启动后，以利用了恒电压特性的短路过渡形式进行电弧焊接的第一步骤；然后，将焊接电流提高到熔珠过渡形式的电流范围，仍然在恒电压特性下进行电弧焊接的第二步骤；然后，在形成了熔化池的状态下，将焊接电流切换到脉冲电流，以熔珠过渡形式进行电弧焊接的第三步骤。

优选在该消耗电极式电弧焊接方法中，上述第一步骤以如下的条件进行焊接，其设定条件是焊接电流为100～200A、电弧电压为15～27V、持续时间为0.1～1.0秒。

另外，优选上述第二步骤以如下的条件进行焊接，其设定条件是焊接电流为240～350A、电弧电压为29～38V、持续时间为0.8～3.0秒。

进而，优选上述第三步骤以如下的条件进行焊接，其设定条件是平均焊接电流为220～340A、电弧电压为32～39V。

此外，还可以包括：在上述第三步骤的脉冲电弧焊接后，使电流值降低，以利用了恒电压特性的短路过渡形式对焊口部进行电弧焊接的第四步骤。

根据本发明，在第一步骤中是短路过渡，切断通常的电弧启动。然后，在第二步骤中，进入熔珠过渡的主焊接，但在第二步骤中，不使用脉冲电流，而是利用恒电压特性进行电弧焊接。通过在该恒电压特性的熔珠过渡形式下的电弧焊接，确保熔入深度，在形成了熔化池的状态下，进入基于第三步骤的脉冲电流的主焊接。因此，从第二步骤开始能够期待通过熔珠过渡而形成熔敷金属，与现有技术相比，能够缩短从电弧启动到主焊接的过渡时间。另外，在第二步骤中，由于不是脉冲焊接而是利用了恒电压特性的焊接，所以能够防止电弧中断、接触焊嘴与焊丝的熔接，使电弧尽早地稳定，并且能够得到合适的焊道形状，可得到充分的熔深，因此，能够平滑地转移到第三步骤。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的焊接电流和焊丝送给速度的图形的图。

图2是表示现有的消耗电极式电弧焊接方法中的焊丝送给速度的图形的图。

图3是表示通过图2进行焊接的情况下的电弧中断发生的波形图。

图4是本发明的实施方式的焊接电流和焊接电压的波形图。

图5是本发明的实施方式的焊接电流和焊接电压的波形图。

图6是本发明的实施方式的焊接电流和焊接电压的波形图。

图7是本发明的实施方式的焊接电流和焊接电压的波形图。

图8是通过图2进行焊接的情况下的焊接电流和焊接电压的波形图。

具体实施方式

以下，参考附图具体说明本发明的实施方式。本实施方式是基于使用了二氧化碳的消耗电极式电弧焊接的自动焊接方法。图1是表示本发明的实施方式所涉及的消耗电极式电弧焊接方法的焊接电流和焊丝的送给速度的时间过程的图，横轴是时间，纵轴是送给速度和焊接电流，表示上述时间过程。

首先，在第一步骤中，通过焊丝的接触，启动电弧。该第一步骤是利用恒电压特性的焊接，电流值相对较低，在短路过渡中形成电弧。例如，该第一步骤中的焊接电流是100～200A，电弧电压是15～27V，电弧启动后的持续时间是0.1～1.0秒的微小时间。

接着，在经过了该第一步骤后，将焊接电流的设定值设定为主焊接对应的熔珠(globule)过渡形式的电流范围内的规定值，进入到进行利用恒电压特性的电弧焊接的第二步骤。例如，该第二步骤中的焊接电流是240～350A的高电流区域，电弧电压是29～38V。该第二步骤的持续时间是0.8～3.0秒。在该第二步骤开始时，还没有稳定地形成熔化池。但是，由于该第二步骤的焊接是与利用了恒电压特性的主焊接相当的焊接，所以可得到充分的熔深，电弧稳定，从而稳定地形成熔化池。

在现有的消耗电极式电弧焊接方法中，如图2所示那样，在产生电弧后，马上以主焊接的脉冲电流和焊丝送给条件开始执行。

在该情况下，在产生电弧后马上生成熔化池，但在直到电弧稳定为止的时间内，电弧长度由于脉冲电流而容易出现很大的变化，有可能电弧被中途切断而产生图3和图8所示的电弧中断，造成因烧接(burn back)引起的焊嘴与焊丝的熔接、以及大量的溅射产生等。另外，在图3和图8中，下方的波形是焊接电流，上方的波形是焊接电压。如该图3和图8所示那样，在电弧启动初期，产生了焊接电流为0的电弧中断。

脉冲电弧焊接的电弧启动时的焊丝送给速度在产生电弧后，从焊丝与母材接触前的减速速度切换为规定的送给速度，来进行焊接。在脉冲磁焊接中，由于是喷涂过渡，所以脉冲频率是几百Hz，容易从该控制周期的高度得到良好的启动性能，但在使用了二氧化碳的消耗电极式脉冲电弧焊接方法中，由于是熔珠过渡，所以控制周期是几十～100Hz左右，电弧启动时的熔化平衡容易失调。因此，产生图8所示的“电弧中断”和“电弧长度波动”。

与此相对，在本发明中，在电弧启动的第一步骤之后，在第二步骤中，以主焊接的电流或与其接近(相当)的电流值，进行利用了恒电压特性的电弧焊接。所谓与该主焊接接近的电流值是如前所述的例如240～350A，通过熔珠过渡形成电弧。但是，在本实施例中，由于第二步骤是利用了恒电压特性的焊接，因此不容易产生脉冲电流情况下那样的电弧中断，稳定地形成电弧，在该电弧稳定的状态下，稳定地形成熔化池。

在形成了熔化池后的适当时间点，转移到第三步骤。在该第三步骤中，以主焊接的平均焊接电流值进行脉冲电弧焊接。这时的熔滴过渡形式是熔珠过渡。在该第三步骤中，脉冲电流的平均焊接电流是220～340A，电弧电压是32～39V。该焊接条件是通常的主焊接的条件，到焊接线的端部为止都在该条件下进行焊接。另外，在图1中，在第三步骤中，平均焊接电流与第二步骤同样，但在第三步骤中焊丝的送给速度与第二步骤相比上升了。这是因为：如果从利用了恒电压特性的焊接切换到脉冲焊接，则脉冲焊接中的峰值电流比恒电压特性中的电流高，即使是相同的平均焊接电流，脉冲焊接也能够熔化很多焊丝，因此焊丝的送给速度快。这样，通过脉冲焊接，与利用了恒电压特性的焊接相比，提高了焊丝送给速度，使熔敷金属的熔敷速度上升，能够快速地进行焊接。另外，与第一步骤的电流值相当的焊丝送给速度是3～8m/min左右，与第二、第三步骤的电流值相当的焊丝送给速度是10～18m/min左右。

通常，在消耗电极式电弧焊接中，进行焊接终端部的焊口(crater)处理。在该焊口处理中，例如使电流降低到100～200A，使电压降低到15～27V，切换到短路过渡。另外，焊接电流和电弧电压是恒定值。

对上述那样构成的本实施方式的消耗电极式电弧焊接方法的动作进行说明。图4～图7表示本发明的实施方式的电流波形。在各图中，下方的波形是左纵轴所示的焊接电流，上方的波形是右纵轴所示的电弧电压。横轴都是时间(ms)。图4是第二步骤的焊接电流为220A的情况，图5是第二步骤的焊接电流为250A的情况，图6是第二步骤的焊接电流为280A的情况，图7是第二步骤的焊接电流为360A的情况。都是在电弧启动后，在400ms转移到第二步骤，进而，在1300ms转移到第三步骤。第二步骤为220A的情况(图4)以及360A的情况(图7)中，焊接电流与发明内容关于第二步骤的设定条件的规定有所偏离，因此，脉冲切换后的电压稍有波动。另外，如果第二步骤和第三步骤之间的焊丝送给速度较大，则难以取得切换后的熔化的平衡。

同样，图8表示了如图2所示那样，在短路过渡的电弧启动后没进行第二步骤而转移到脉冲电弧的主焊接的情况下的电压-电流图形。如该图8所示那样，在电弧启动后(经过短路过渡)马上转移到脉冲电弧的情况下，在电弧启动后，在200～600ms的期间产生了电弧中断。

与此相对，在本实施例中，如图4～图7所示那样，从第一步骤开始到转移至第二步骤为止，都没有产生电弧中断。另外，在第二步骤中，通过利用了恒电压特性的焊接，以与主焊接相当的熔珠过渡的电弧形式进行焊接，能够得到充分的熔敷金属。然后，从第二步骤平滑地转移到第三步骤，通过第三步骤的脉冲焊接，高效地进行主焊接。特别在满足本发明的发明内容关于第二步骤的设定条件的图5和图6的情况下，脉冲切换后的电压稳定，还能够取得脉冲切换后的熔化的平衡。

另外，在该第三步骤结束后，作为焊口处理，降低电流值，通过利用了恒电压特性的焊接，以短路过渡来进行焊接，用熔敷金属填埋焊口部分的凹部。

这样，在使用了二氧化碳的消耗电极式电弧焊接的自动焊接中，能够使电弧启动时和焊口处理时的电弧稳定，防止由于电弧中途切断、因烧接造成的焊嘴与焊丝的熔接这样的异常发生而自动焊接中断，降低了溅射发生量，容易形成焊道，焊道的外观形状良好。另外，由于能够缩短过渡到主焊接的时间，所以能够防止电弧启动部分的熔深不合格的产生。

在本发明中，能够得到电弧的稳定以及合适的焊道形状，并且能够迅速地过渡到主焊接，因此，对于希望尽量缩短短路过渡这种辅助期间的圆柱或管道的圆形焊接极其有效。

Claims

1.一种消耗电极式电弧焊接方法，以二氧化碳为保护气，其特征在于，包括：

在电弧启动后，以利用了恒电压特性的短路过渡形式进行电弧焊接的第一步骤；

然后，将焊接电流提高到240～350A的电流范围，作为熔珠过渡形式，以电弧电压为29～38V、持续时间为0.8～3.0秒的条件仍然在恒电压特性下进行电弧焊接的第二步骤；和

然后，在形成了熔化池的状态下，将焊接电流切换到脉冲电流，以熔珠过渡形式进行电弧焊接的第三步骤。

2.根据权利要求1所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，

上述第一步骤在设定条件是焊接电流为100～200A、电弧电压为15～27V、持续时间为0.1～1.0秒的条件下进行焊接。

3.根据权利要求1所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，

上述第三步骤在设定条件是平均焊接电流为220～340A、电弧电压为32～39V的条件下进行焊接。

4.根据权利要求1所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，

上述第一步骤在设定条件是焊接电流为100～200A、电弧电压为15～27V、持续时间为0.1～1.0秒的条件下进行焊接，

上述第二步骤在设定条件是焊接电流为240～350A、电弧电压为29～38V、持续时间为0.8～3.0秒的条件下进行焊接，

5.根据权利要求1～4的任意一项所述的消耗电极式电弧焊接方法，其特征在于，

还包括：在上述第三步骤的脉冲电弧焊接后，使电流值降低，以利用了恒电压特性的短路过渡形式对焊口部进行电弧焊接的第四步骤。