CN1030714A - 控制焊道的方法 - Google Patents

Abstract

一控制焊道的方法，在单面自动焊中，一对工件 的背面通过无机材料粘连一金属背面垫板，在工件的 正面施加电弧焊，该方法包括：检测工件和背面垫板 间的电信号以控制焊接电流，从而使检测的电信号等 于预定参考信号；检测被控的焊接电流，将测到的焊 接电流带入下式中计算焊接速度从而控制焊接速度： V₁＝V₀·I_L/I_L0，其中V₁为焊接速度，V₀为初始焊 接速度，I_L为检测的焊接电流，I_L0为预定参考焊接电 流。电信号可以是电流信号或电压信号。

Description

本发明涉及控制单面自动焊焊道的方法，其中在一对工件的背面设置了一块背面垫板，本发明特别涉及一种同时控制工件背面和正面焊道的方法。

单面自动焊现已广泛用于焊接结构件，比如不能翻转的大型结构等。但是，自动焊所形成的焊道的形状是随根部间隙的大小而变化的。因此，为了在整个焊缝长度上形成适宜形状的焊道，就必须采用一种控制方法，以便根据焊接当中根部间隙的变化及时自动修正焊接参数。

现有的方法是在日本专利申请公开号137676/86中公开的用于控制熔透焊道的方法，其中：

a）在一金属带材上粘连无机材料，并以此作为背面垫板;

b）检测一对工件和金属带材之间的电流;

c）通过控制检测电流使熔透焊道的宽度保持恒定。

在上面提到的现有技术中的单面自动焊中，所形成的恒定的熔透焊道的宽度是不随根部间隙而变化的。然而，就正面侧的焊道来说，现有技术的缺点是所形成的焊道的高度不均匀，而且焊缝的余高，特别是在根部间隙较宽处严重不足。

本发明的目的是提出一种控制焊道的方法，其中无论根部间隙的大小如何、熔透焊道的形状均可保持一致，并且焊缝的余高的高度也可保持在适当的范围内。

本发明的上述目的是通过下面一种控制焊道的方法来实现的，其中在单面自动焊中，在一对工件的背面，通过一种无机材料粘连一金属背面垫板，并在工件的正面施加电弧焊，该方法包括：

检测工件和金属背面垫板之间的电信号以便控制焊接电流，从而使检测到的电信号与预先设定的参考信号相等;

检测被控制的焊接电流，并将检测到的焊接电流带入下式中计算焊接速度，以便控制焊接速度。

V₁＝Vo·I_l/I_lo，其中V₁表示焊接速度，Vo表示焊接速度的初始值，I_l表示检测到的焊接电流，I_lo表示预先设定的焊接电流。

图1是一纵剖面图，示意地表示出根据本发明用两个电极通过埋弧焊进行单面自动焊的情形;

图2是一框图，表示根据本发明控制焊接电流的程序;

图3是一曲线图，表示金属背面垫板和工件之间的检测电压和本发明所形成的熔透焊道宽度之间的关系;

图4是一横截面图，表示本发明形成的坡口熔核;

图5是一框图，表示根据本发明控制焊接速度的程序;

图6是一图表，表示检测电压、焊接电流以及焊接速度相对根部间隙的变化的关系。

下面将参照附图对本发明的实施例进行描述。图1是一纵剖视图，示意地表示出按照本发明用两个电极通过气体保护电弧焊施加单面电弧焊的情形。在附图中，标号1表示一对工件。2表示通过金属背面垫板3粘连在一对工件1背面上的无机材料，比如焊剂或陶瓷等。4a、4b表示电极，5表示焊接电源，6表示电压表。金属背面垫板3可以是铜片。

在上述单面焊中，在焊接初始阶段，金属背面垫板3和一对工件1之间的电流为零。在焊接开始后，当形成良好的熔透焊道时，由电极40产生的电弧穿过一对工件1，然后通过无机材料2，比如焊剂等到达金属背面垫板3，这样就在工件1和金属背面垫板3之间产生了电压V。这一电压V通过电压表6检测到，由此可得到检测电压Vd和熔透焊道宽度W_B之间的关系，这一结果如图3所示。如图3曲线所示，检测电压Vd和熔透焊道宽度W_B呈现良好的相互关系。因此，如果利用这一相关曲线，就可设定形成预定熔透焊道宽度的参考电压Vo。这样就可在进行一条焊缝的焊接的同时，对熔透焊道的宽度进行控制。

用于单面焊熔透焊道的控制方法的控制系统的程序框图如图2所示。在该图中，标号7表示将电压表6检测到的金属背面垫板3和一对工件1之间的电压Vd转换成直流信号的转换器。滤波器8仅从转换器7输出的电压信号中选出用于控制焊道的信号，并将其输入比较器9。输入比较器9的电压信号与预先设定的参考电压信号10进行比较，这样就可按照如图3所示的熔透焊道宽度W_B和检测电压Vd之间的对比关系与预先设定的熔透焊道宽度进行对照。比较器9输出的两电压之间的不同信号通过积分器11输入焊接电源5，积分器使所述不同信号之间的差值均衡。焊接电源5根据输入的不同信号输出相应的焊接电流。这样即可达到控制的目的，使得一对工件1和金属背面垫板3之间的电压信号始终等于参考电压信号10。从而通过上述的控制，熔透焊道的宽度可保持恒定。在本实施例中，是直接测量一对工件1和金属背面垫板3之间的电压V。然而本发明的方法也可变换成这样一种方法，即分别测量电极4a和工件之间的电压（电弧电压）和电极4a和金属背面垫板3之间的电压，由此可获得两电压之间的差值，使这一差值保持恒定，这样就可控制熔透焊道的宽度。

在本实施例中，把电压做为检测的电信号和参考电信号。然而也可用电流信号代替电压信号。可控制的焊接参数并不限于焊接电流，这些参数可以是下述任意一个：电弧电压，焊接电流，焊接速度和焊丝伸出长度，只要它们对形成熔透焊道起作用并能同时控制检测信号。此外产生检测信号的信号源也不限于焊接电源，而可以是一单独设立的信号发生器（它具有不同于焊接电源的频率、电流和电压特性），向信号发生器输入信号，然后从发生器输出的就是检测信号，而与焊接电源并无关系。

上面对熔透焊道的宽度的控制方法进行了描述，下面将描述同时控制熔透焊道的宽度和正面焊道高度的方法。

图4是一剖视图，示出本发明的坡口熔核。在图中，S_L表示熔核的范围，W_B表示熔透焊道的宽度，H_L表示焊道的高度。当采用上面所述的熔透焊道控制法时，被控制的焊接电流使熔透焊道的宽度保持在一恒定的预定值。为了同时使焊道高度H_L保持在一预定值，需改变焊接速度，以便使焊接电流I_L与焊接速度V₁的比值，即I_L/Vi保持恒定，这一焊接电流在对熔透焊道进行控制时通过前电极4a（见图1）。其理由如下：如I_L/Vi保持恒定，则输入的热量保持不变。因此熔核范围S_L保持恒定，因为它与输入的热量成正比。因为熔核的形状近似于矩形，而焊接宽度W_B保持恒定，因此焊道高度H也保持恒定。

另一方面，因为用于在标准坡口内形成预定焊道高度的参考焊接电流I_L已设定，根据经验，用于形成恒定高度H的焊道的焊接速度V₁可由下式决定：

V₁＝V₀·I_L/I_L0公式（1）

其中V₀表示焊接速度的初始值。

例如，假设焊接电流I_L变为1200安培，而对熔透焊道进行控制时的参考焊接电流I_L0为1450安培，初始焊接速度V₀为60厘米/分钟，则由此从公式（1）中可得出焊接速度V₁为48.8厘米/分钟。

图5表示根据公式（1）对焊接速度进行控制的程序框图。在图5中，标号12表示一焊接电流I_L的检测器，由检测器检测到的信号被转换器13转换为直流信号。但是当把直流电源作为焊接电源时就不需使用这一转换器。从转换器13输出的直流信号经滤波器14去除干扰后被送入运算和控制单元15。运算和控制单元15对输入的直流信号进行处理，根据公式（1）算出形成预定焊道高度的焊接速度V₁。使焊接速度等于计算出的速度V₁值的指令被送往运行托架17的驱动电机16，这样就可使实际焊接速度等于V₁值。此外，大多数单面自动焊是采用两个以上的电极进行焊接的。因此，当本发明的方法用于多电极焊接时，最好将前面电极的焊接电流作为被控制的焊接电流。

如上所述，根据本发明的单面自动焊熔透焊道控制方法，不但要控制前电极的焊接电流以便使熔透焊道的宽度保持恒定，还要根据被控制的焊接电流对焊接速度进行控制，从而单面焊可在工件的正面使焊道高度保持恒定。

实例

根据本发明的方法进行的焊接实验的参数变化如图6所示。在这一实例中，用三个电极通过埋弧焊对根部间隙为0～5毫米的坡口进行焊接。图6的曲线表示出检测电压，前电极焊接电流以及焊接速度相对于根部间隙的变化的关系。

焊接速度根据公式（1）进行控制，此时焊接时的情况如下：

电流    电压

前电极    自动控制    36伏

中间电极    900安培    42伏

后电极    1000安培    45伏

实验的结果是，在工件正面可获得高度均匀的焊道。如在上述根部间隙的条件下，当焊接速度保持恒定时，在工件正面形成的焊道的余高不足高达3毫米以上。

然而采用本发明的方法，即可形成高度均匀的焊道。

Claims (6)

1、一种控制焊道的方法，其中在单面自动焊中，在一对工件的背面通过一种无机材料粘连一金属背面垫板，在工件的正面施加电弧焊，该方法包括：

检测工件和背面垫板之间的电信号以控制焊接电流，从而使检测到的电信号等于预先设定的参考信号；

检测被控制的焊接电流，并将检测到的焊接电流带入下式中计算焊接速度，从而控制焊接速度，所述公式为：

V₁=Vo·I_l/I_lo，其中V₁表示焊接速度，V₀表示初始焊接速度，I_l表示检测到的焊接电流，I_lo表示预先设定的参考焊接电流。

2、如权利要求1所述的方法，其中焊接电流包括用多个电极进行电弧焊时前面电极的焊接电流。

3、如权利要求1所述的方法，其中电信号包括电流信号和电压信号。

4、如权利要求1所述的方法，其中无机材料包括焊剂和陶瓷。

5、如权利要求1所述的方法，其中金属背面垫板包括铜片。

6、如权利要求1所述的方法，其中电信号包括由焊接电源产生的电信号。

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