CN102513648A - 双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法 - Google Patents

Abstract

一种双丝串列埋弧焊的起弧与收弧控制方法，起弧时，先启动主焊接电源(P_A)和行走机构(T_R)，此时主送丝机(F_A)进行慢送丝，在起弧位置(B)由主焊接电源提供的起弧电流使前焊丝(W_f)产生电弧，此时主焊接电源自动切换为稳定焊接电流，慢送丝变为正常送丝。当后焊丝(W_b)移到起弧位置时，启动从焊接电源(P_B)和从送丝机(F_B)进行慢送丝，在起弧位置由从焊接电源提供的起弧电流使后焊丝产生电弧，此时从焊接电源自动切换为稳定焊接电流，慢送丝变为正常送丝。收弧时，在收弧位置(C)先停止主送丝机，主焊接电源延时一定时间后停止，当后焊丝移到收弧位置时，先停止从送丝机和行走机构，从焊接电源延时一定时间后停止。本控制方法可避免焊缝头尾处出现一小段较窄焊缝并减少焊缝在收弧位置出现下塌现象，防止焊缝缺陷，获得良好焊缝成形质量。

Description

双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法

技术领域

本发明涉及一种双电弧高速埋弧焊过程控制方法，具体是涉及一种双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，属于高速埋弧焊质量控制技术领域。

背景技术

埋弧焊过程包括引燃电弧、焊接和熄弧三个阶段。对于引燃电弧，一般要求是先使焊丝与焊件接触短路，焊机启动后通过缓慢送丝引燃电弧；电弧引燃后，行走机构先不移动，待电弧燃烧稳定后，要求焊机能自动地按预先选定的焊接工艺参数如焊接电流、电弧电压、焊接速度等进行焊接，并能保证这些参数在整个焊接过程中稳定；焊接结束时，焊机要求先停止行走和降低焊接电流、电压，利用电弧回烧填满弧坑，最后切断焊接电源和送丝，这样既能填满弧坑又不至于焊丝与焊件粘住，而且使焊丝末端结球有利于再次起弧，并使得焊缝的首尾大小相当并且焊接过程均匀成形。显然，单根焊丝引弧、熄弧和焊接过程自动化控制比较简单，在实际中也容易实现。但是，在双丝埋弧焊接过程中，由于各焊丝(串列)不在同一位置，每根焊丝需按一定时序关系引弧、收弧才能获得好的焊接效果。

现在的双丝串列共熔池埋弧焊，焊缝的头、尾位置总是存在一小段距离较窄的焊缝，而且焊缝收弧位置出现下塌现象。产生这一现象的原因是，在双丝串列共熔池埋弧焊过程中，两根焊丝是处于一前一后的位置而且随着焊枪沿着一个方向移动，起弧时，如两根焊丝同时起弧燃烧，起弧后总存在一段等于两根焊丝间距的窄焊缝，这部分是后面焊丝电弧熔池作用下所形成的焊缝；收弧时，如两根焊丝同时熄灭，焊接收弧后总存在一段等于两根焊丝间距的窄焊缝，这部分是前面焊丝电弧熔池作用下所形成的焊缝；收弧位置下塌现象明显是由于两电弧对工件的热量输入比较大，工件焊缝区域温度较高，收弧时，如两根焊丝同时熄灭，前面焊丝电弧燃烧会形成较大的弧坑而不能完全填充，这样形成的焊缝在外观上焊缝的头、尾位置总存在一小段距离较窄的焊缝而且收弧位置下塌明显。目前，双丝串列共熔池埋弧焊焊缝都存在这一现象，原因在于所使用的双丝埋弧焊装备是采用模拟控制，两焊丝起弧、收弧缺少相应的时序或协调控制。

发明内容

本发明提供一种双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，该方法能够有效地避免双丝串列埋弧焊在焊缝头尾因只受到单电弧熔池的作用而出现较窄的焊缝，而且能够降低收弧位置焊缝的下塌程度，获得良好的焊缝成形质量。

本发明的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，通过设计一定的时序及协调关系对焊接系统主体装备两台弧焊电源、送丝和行走机构的起、停动作进行控制。

该控制方法采用的焊接系统具有主焊接电源、从焊接电源、主送丝机、从送丝机、焊炬、行走机构、计算机装置、接口电路和焊接控制装置。其中：主焊接电源、从焊接电源分别给焊炬所夹持的前焊丝、后焊丝供电；主焊接电源、从焊接电源分别通过接口电路与焊接控制装置进行信号传输；主送丝机、从送丝机分别用于前焊丝、后焊丝的进给，并分别有接口与焊接控制装置进行信号传输；行走机构有接口与焊接控制装置进行信号传输，用于前焊丝和后焊丝的行走；焊接控制装置与计算机装置通过接口电路连接，计算机装置给出的信号被传输给焊接控制装置。

本发明的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法包括以下步骤：

a)在双丝串列埋弧焊的起弧位置，首先启动主焊接电源，使得前焊丝与母材之间形成空载电压，同时启动行走机构和主送丝机，并进行慢送丝，由主焊接电源提供的起弧电流使前焊丝产生电弧，前焊丝产生电弧后，主焊接电源按设定焊接电流供电，慢送丝变为正常送丝，此时从焊接电源和从送丝机不工作；

b)当后焊丝移到前焊丝起弧位置时，启动从焊接电源，使得后焊丝与母材之间形成空载电压，同时启动从送丝机进行慢送丝，由从焊接电源提供的起弧电流使后焊丝产生电弧，实现双焊丝在同一位置起弧，后焊丝产生电弧后，从焊接电源按设定焊接电流供电，慢送丝变为正常送丝；

c)在双丝串列埋弧焊的收弧位置，首先停止主送丝机而停止前焊丝的送丝，主焊接电源延时一定时间后停止供电，行走机构继续行走；

d)当后焊丝移到前焊丝收弧位置时，立即停止从送丝机、行走机构而停止后焊丝的送丝，最后从焊接电源延时一定时间后停止供电，实现双丝在同一位置收弧。

本发明采用上述双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，对两台主从焊接电源的起弧电流、送丝速度和行走机构等进行协调控制，从而实现按一定的时序和协调关系对前后两焊丝的起弧与收弧进行控制。

在焊接开始前，首先设置好相关工艺参数：前丝电压、前丝电流、后丝电压、后丝电流，焊接速度(对应行走速度)等。双丝串列埋弧焊稳定焊接过程要求：主焊接电源设定的焊接电流大于从焊接电源设定的焊接电流，而前焊丝的焊接电压需小于后焊丝的焊接电压，为保证后丝的顺利起弧，后焊丝起弧前其端部距离母材表面有一定高度，起弧电流的大小根据焊丝的粗细确定各自的范围。

起弧时，先启动主焊接电源，同时启动行走机构、从送丝机，前焊丝在起弧位置起弧成功后，小车以预设速度前进，待后焊丝到达前焊丝起弧位置时，启动从焊接电源和从送丝机，实现双丝在同一位置起弧，避免了焊缝在起弧位置变窄这一现象。前后焊丝起弧成功后，按预设的工艺参数进行焊接。

收弧时，在收弧位置，先停止主送丝机而停止前焊丝的送丝，行走机构继续行走，主焊接电源延时一定时间后停止供电；当后焊丝移动到收弧位置时，立即停止从送丝机、行走机构而停止后焊丝的送丝，最后从焊接电源延时一定时间后停止供电，实现双丝在同一位置收弧，避免了焊缝在收弧位置变窄、下榻现象。

其中，从焊接电源和从送丝机的启动滞后于主焊接电源和主送丝机的启动一定时间，该时间由前焊丝与后焊丝的间距以及焊接速度决定；后焊丝起弧前其端部距离母材表面有一定高度；前后焊丝都起弧后主焊接电源供给前焊丝的焊接电流大于从焊接电源供给后焊丝的焊接电流；收弧时从焊接电源和从送丝机的停止滞后于主焊接电源和主送丝机的停止一定时间，该时间由前焊丝与后焊丝的间距以及焊接速度决定。

根据本发明的控制方法，进行双丝串列埋弧焊，能够分别实现前后焊丝在不同时刻可靠的起弧，保证整段焊缝都同时作用在前后两电弧形成的熔池下，这样可以有效地避免焊缝在起弧和收弧位置由于仅受单电弧熔池的作用而出现一段窄焊缝和收弧位置下塌现象，从而能够获得良好的焊缝成形质量。

附图说明

图1为本发明的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法所采用的焊接系统的系统原理结构图；

图2为本发明的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法的时序图；

图3(a)-(b)为本发明的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法所成形的焊缝示意图；

图4(a)-(b)为现有方法的双丝串列埋弧焊所成形的焊缝示意图。

图中的附图标记说明：

S焊接系统                           C_J接口电路

C_O计算机装置                        C_W焊接控制装置

P_A、P_B主、从焊接电源                    W_fg、W_gb送丝速度给定信号

F_A、F_B主、从送丝机                      v_fw、v_bw送丝速度

T_R行走机构                              W_qtf、W_qtb送丝机启停信号

T焊炬                                   T_rg行走速度给定信号

1N、2N导电嘴                            v_W焊接速度

l焊丝间距                               T_rqt行走机构启停信号

W_f、W_b前、后焊丝                        a_f、a_b电弧

I_f、I_b焊接电流                          W_p熔池

I_q起弧电流                              W_s焊缝

V_k空载电压                              W_h焊剂

V_f、V_b焊接电压                          B_m母材

I_fg、I_bg焊接电流给定信号                B起弧位置

V_fg、V_bg焊接电压给定信号                C收弧位置

P_qtb、P_qtf焊接电源启停信号

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步详细说明，但是本发明的实施方式并不局限于此。

图1示出本发明双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法所采用的焊接系统。参见图示的系统原理结构图，本实施例的焊接系统S具有主、从焊接电源P_A、P_B，主、从送丝机F_A、F_B(也可称为前丝送丝机和后丝送丝机)，焊炬T，行走机构T_R，计算机装置C_O，接口电路C_J和焊接控制装置C_W。该焊接系统用于双丝串列埋弧焊工艺。

主、从焊接电源P_A、P_B分别给前、后焊丝W_f、W_b供电(注：本文中，下标f表示“前”，下表b表示“后”，分别对应于前焊丝和后焊丝，下同)，使它们各自产生电弧。主、从焊接电源P_A、P_B分别通过接口电路C_J与焊接控制装置C_W进行信号传输。由焊接控制装置C_W的电流、电压给定电路给出的焊接电流给定信号I_fg、I_bg、焊接电压给定信号V_fg、V_bg实现主、从焊接电源P_A、P_B的电流I_f、I_b、电压V_f、V_b的设定值，并由焊接控制装置C_W给出启动、停止信号P_qtf、P_qtb以控制主、从焊接电源P_A、P_B的启停。

主、从送丝机F_A、F_B分别用于前、后焊丝W_f、W_b的进给，主、从送丝机F_A、F_B均有直流电机、送丝轮等部件(图中未示出)以实现前、后焊丝W_f、W_b的进给，主、从送丝机F_A、F_B分别有接口与焊接控制装置C_W进行信号传输，由焊接控制装置C_W的送丝速度设定电路给出送丝速度给定信号W_fg、W_bg以实现主、从送丝机F_A、F_B送丝速度的设定值v_fw、v_bw，并由焊接控制装置C_W给出启动、停止信号W_qtf、W_qtb以控制主、从送丝机F_A、F_B的启停。

行走机构T_R用于前焊丝W_f和后焊丝W_b沿一定方向的行走，行走机构T_R有接口与焊接控制装置C_W进行信号传输。行走机构T_R由焊接控制装置C_W的行走速度设定电路给出行走速度给定信号T_rg以实现行走机构T_R速度的设定值(对应于焊接速度v_W)，并由焊接控制装置C_W给出启动、停止信号T_rqt以控制行走机构T_R的启停。

焊接控制装置C_W与计算机装置C_O通过接口电路C_J连接，可通过计算机装置C_O给出的信号间接实现主、从焊接电源P_A、P_B的电流、电压设定值及启停，主、从送丝机F_A、F_B的送丝速度的设定值及启停和行走机构T_R速度的设定值及启停。

焊炬T具有两个导电嘴1N、2N，每个导电嘴中空通孔，通孔直径有3mm、4mm、5mm等规格，两个导电嘴IN、2N的中心距离对应于焊丝间距l。双丝串列埋弧焊过程中，前、后焊丝W_f、W_b分别从导电嘴1N、2N的通孔中穿过，焊炬T安装在行走机构T_R上，由行走机构T_R带着焊炬T沿焊接方向上移动。

接下来，参照图2，对焊接系统S的双电弧串列埋弧焊起弧与收弧控制方法的时序进行说明。

在t₀时刻，B点位置，开始启动主焊接电源P_A，使得前焊丝W_f与母材B_m之间形成空载电压V_k，并由焊接控制装置C_W的电流给定电路给出起弧电流的给定信号，设定起弧电流I_q，同时由焊接控制装置C_W给出启停信号T_rqt、W_qtf启动行走机构T_R和主送丝机F_A(前丝送丝机)，此时前焊丝W_f进给速度比稳定焊接时的速度慢。此时，从焊接电源P_B和从送丝机F_B(后丝送丝机)不工作，后焊丝W_b的端部距离母材B_m的表面有一定高度。

在t₁时刻，前焊丝W_f产生电弧a_f后，主焊接电源P_A按设定焊接电流I_f供电，主送丝机F_A按设定送丝速度送丝，此时从焊接电源P_B和从送丝机F_B不工作。

在t₂时刻，B点位置，开始启动从焊接电源P_B，使得后焊丝W_b与母材B_m之间形成空载电压V_k，并由焊接控制装置C_W的电流给定电路给出起弧电流的给定信号，设定起弧电流I_q(电源向焊丝提供的起弧电流大小由焊丝直径粗细决定)，同时由焊接控制装置C_W给出启停信号启动从送丝机F_B，此时后焊丝W_b进给速度比稳定焊接时的速度慢。

其中，t₀到t₂这段时间(起弧时从焊接电源和从送丝机的启动滞后于主焊接电源和主送丝机的启动一定时间)T₁由焊丝间距l及焊接速度v_R决定，即T₁＝l/v_R。

在t₃时刻，后焊丝W_b产生电弧后，从焊接电源P_B按设定焊接电流供电，从送丝机F_B慢送丝变为正常送丝。

在t₃-t₄时刻之间，前后焊丝W_f、W_b都按给定电流、给定电压进行焊接。此时，主焊接电源P_A供给前焊丝W_f的焊接电流大于从焊接电源P_B供给后焊丝W_b的焊接电流。

在t₄时刻，C点位置，停止主送丝机F_A即停止前焊丝W_f的送丝，同时延时到t₅时刻停止主焊接电源P_A的供电，行走机构T_R继续行走，从送丝机F_B和从焊接电源P_B继续工作。

在t₆时刻，C点位置，停止从送丝机F_B即停止后焊丝W_b的送丝，行走机构T_R停止行走，同时延时到t₇时刻停止从焊接电源P_B的供电。

其中，t₄到t₅这段时间是收弧时前焊丝W_f停止送丝后主焊接电源P_A供电的延时时间，延时时间在一定范围内(见表1)；t₆到t₇这段时间是收弧时后焊丝W_b停止送丝后从焊接电源P_B供电的延时时间，延时时间在一定范围内(见表1)；t₄到t₆这段时间表示收弧时从焊接电源P_B和从送丝机F_B的停止滞后于主焊接电源P_A和主送丝机F_A的停止一定时间T₂，其由焊丝间距l及焊接速度v_R决定，即T₂＝l/v_R。

上述控制过程中各个参数可以根据下表进行选择：

表1本实施例各参数的可选范围

本发明采用上述实施例所述的双电弧串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，能够获得良好的焊缝成形质量。如图3(a)-(b)所示，前后两焊丝W_f、W_b形成电弧都是从起弧位置B开始，可以有效地避免焊缝在起弧位置由于仅受后焊丝W_b单电弧熔池的作用而出现一段窄焊缝(如图4(a)的起弧位置B处)；如图3(a)-(b)所示，两焊丝形成电弧都是在收弧位置C结束，可以有效地避免焊缝在收弧位置由于仅受前焊丝W_f单电弧熔池的作用而出现一段窄焊缝及出现收弧位置下塌现象(如图4(a)的收弧位置C处)。可见，采用本发明的控制方法，可以保证整段焊缝包括起弧、收弧位置的焊缝成形基本一致(如图3(a)-(b)所示)，从而确保焊缝质量。

虽然已经对本发明的优选实施例进行了详细的描述和说明，但是本发明并不局限于此。应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神和原理的条件下进行多种修改和变化，而不脱离其由权利要求书所限定的本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，该控制方法采用的焊接系统(S)具有主焊接电源(P_A)、从焊接电源(P_B)、主送丝机(F_A)、从送丝机(F_B)、焊炬(T)、行走机构(T_R)、计算机装置(C_O)、接口电路(C_J)和焊接控制装置(C_W)；其中，主焊接电源(P_A)、从焊接电源(P_B)分别给焊炬(T)夹持的前焊丝(W_f)、后焊丝(W_b)供电，主焊接电源(P_A)、从焊接电源(P_B)分别通过接口电路(C_J)与焊接控制装置(C_W)进行信号传输；主送丝机(F_A)、从送丝机(F_B)分别用于前焊丝(W_f)、后焊丝(W_b)的进给，并分别有接口与焊接控制装置(C_W)进行信号传输；行走机构(T_R)有接口与焊接控制装置(C_W)进行信号传输，用于前焊丝(W_f)和后焊丝(W_b)的行走；焊接控制装置(C_W)与计算机装置(C_O)通过接口电路(C_J)连接，计算机装置(C_O)给出的信号被传输给焊接控制装置(C_W)；

该控制方法包括以下步骤：

a)在双丝串列埋弧焊的起弧位置(B)，首先启动主焊接电源(P_A)，使得前焊丝(W_f)与母材(B_m)之间形成空载电压(V_k)，同时启动行走机构(T_R)和主送丝机(F_A)，并进行慢送丝，由主焊接电源(P_A)提供的起弧电流(I_q)使前焊丝(W_f)产生电弧，前焊丝(W_f)产生电弧后，主焊接电源(P_A)按设定焊接电流(I_f)供电，慢送丝变为正常送丝，此时从焊接电源(P_B)和从送丝机(F_B)不工作；

b)当后焊丝(W_b)移到前焊丝(W_f)起弧位置(B)时，启动从焊接电源(P_B)，使得后焊丝(W_b)与母材(B_m)之间形成空载电压(V_k)，同时启动从送丝机(F_B)进行慢送丝，由从焊接电源(P_B)提供的起弧电流(I_q)使后焊丝(W_b)产生电弧，实现双焊丝在同一位置起弧，后焊丝(W_b)产生电弧后，从焊接电源(P_B)按设定焊接电流(I_b)供电，慢送丝变为正常送丝；

c)在双丝串列埋弧焊的收弧位置(C)，首先停止主送丝机(F_A)而停止前焊丝(W_f)的送丝，主焊接电源(P_A)延时一定时间后停止供电，行走机构(T_R)继续行走；

d)当后焊丝(W_b)移到前焊丝(W_f)收弧位置(C)时，立即停止从送丝机(F_B)、行走机构(T_R)而停止后焊丝(W_b)的送丝，最后从焊接电源(P_B)延时一定时间后停止供电，实现双焊丝在同一位置收弧。

2.根据权利要求1所述的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，其特征在于：所述主焊接电源(P_A)设定的焊接电流(I_f)大于所述从焊接电源(P_B)设定的焊接电流(I_b)，所述前焊丝(W_f)的焊接电压(V_f)需小于所述后焊丝(W_b)的焊接电压(V_b)。

3.根据权利要求1或2所述的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，其特征在于：起弧时，所述从焊接电源(P_B)和从送丝机(F_B)的启动滞后于所述主焊接电源(P_A)和主送丝机(F_A)的启动一定时间(T₁)，该时间由前焊丝与后焊丝的间距(l)和行走速度(v_R)决定。

4.根据权利要求3所述的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，其特征在于：所述后焊丝(W_b)起弧前其端部距离母材(B_m)表面有一定高度。

5.根据权利要求4所述的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，其特征在于：收弧时，所述从焊接电源(P_B)和从送丝机(F_B)的停止滞后于所述主焊接电源(P_A)和主送丝机(F_A)的停止一定时间(T₂)，该时间由前焊丝与后焊丝的间距(l)和行走速度(v_R)决定。

6.根据权利要求1或2所述的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，其特征在于：收弧时，所述从焊接电源(P_B)和从送丝机(F_B)的停止滞后于所述主焊接电源(P_A)和主送丝机(F_A)的停止一定时间(T₂)，该时间由前焊丝与后焊丝的间距(l)和行走速度(v_R)决定。

7.根据权利要求1或2所述的双丝串列埋弧焊起弧与收弧控制方法，其特征在于：所述焊炬(T)安装在行走机构(T_R)上，由行走机构(T_R)带着焊炬(T)沿焊接方向移动；焊炬(T)具有两个中空的导电嘴(1N，2N)，所述前焊丝(W_f)、后焊丝(W_b)分别从所述导电嘴(1N，2N)中穿过。

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