CN103370163A - 气体保护电弧焊接方法及焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体保护电弧焊接方法及焊接装置。在使用先行电极和后续电极而能够良好且高效地形成大焊脚长度的焊道的气体保护电弧焊接方法中，形成通过先行电极(11)形成的第一熔融池(15)和通过后续电极(21)形成的第二熔融池(25)，将两电极(11、21)的电极间距离设定为50～150mm，并向第一熔融池(15)插入填充焊丝(31)而进行焊接。焊接装置具备配置在先行电极(11)与后续电极(21)之间的填充焊丝(31)，先行电极(11)与后续电极(21)以使通过先行电极形成的第一熔融池(15)和通过后续电极(21)形成的第二熔融池(25)分离的方式设定电极间距离，填充焊丝(31)以能够插入第一熔融池(15)的方式相对于先行电极(11)空开规定距离而配置。

Description

气体保护电弧焊接方法及焊接装置

技术领域

本发明涉及一种使用先行电极及后续电极的气体保护电弧焊接方法及焊接装置。

背景技术

造船和桥梁等领域中的角焊焊道的焊脚长度大多根据板厚来设计。在造船的领域中，由于共同结构规范(CSR：Common Structural Rules)的应用，存在板厚增大的倾向，要求对板厚大的构件进行焊接的技术的提高及高效化。

通常，随着板厚变大，焊道的焊脚长度也变大。作为形成大焊脚长度的焊道的焊接方法，具有如下的单熔池方式的气体保护电弧焊接方法，即，使用焊接用的焊丝作为先行电极及后续电极，使两电极并行移动，并通过先行电极及后续电极形成一个熔融池(例如，参照专利文献1)。为了通过这样的单熔池方式的焊接方法形成大焊脚长度的焊道，必须将熔融池形成得大，但若熔融池变大，则熔融池容易因重力等的影响而损坏，因此难以良好地形成大焊脚长度的焊道。

因此，在形成大焊脚长度的焊道的情况下，采用形成通过先行电极形成的熔融池和通过后续电极形成的熔融池的双熔池方式的气体保护电弧焊接方法(例如，参照专利文献2)。在双熔池方式的焊接方法中同样地，随着焊脚长度变大，容易在焊道上产生咬边或焊瘤等不良形状。

因此，例如如专利文献3那样，具有规定了先行电极与后续电极的电极间距离和各电极的焊丝对准位置等的双熔池方式的焊接方法。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-280968号公报

专利文献2：日本特开平9-277089号公报

专利文献3：日本特开2007229770号公报

发明的概要

发明要解决的课题

为了使焊接操作更加高效化，必须提高焊接速度。然而，在规定了各电极的电极间距离和焊丝对准位置等的专利文献3那样的以往的焊接方法中，若为了提高焊接速度而增大焊接电流，则热输入量变得过大，熔融池容易损坏，因此，容易在焊道上产生咬边或焊瘤等不良形状，成为疲劳强度降低且防锈涂料的涂装性下降等的重要因素，修正增多，存在难以提高生产率的问题。

发明内容

在本发明中解决所述的问题，其课题在于提供一种在提高了焊接速度的情况下也能够良好且高效地形成大焊脚长度的焊道的双熔池方式的气体保护电弧焊接方法及焊接装置。

用于解决课题的手段

为了解决所述课题，本发明提供一种气体保护电弧焊接方法，其使用焊接用焊丝作为先行电极及后续电极，形成通过所述先行电极形成的第一熔融池和通过所述后续电极形成的第二熔融池而进行焊接，所述气体保护电弧焊接方法的特征在于，将所述先行电极与所述后续电极的电极间距离设定为50～150mm，向所述第一熔融池插入填充焊丝而进行焊接。

此外，作为本发明的其他结构，提供一种气体保护电弧焊接装置，其具备：使用了焊接用的焊丝的先行电极及后续电极；配置在所述先行电极与所述后续电极之间的填充焊丝；向所述先行电极及所述后续电极供给电流的供电装置。并且，所述先行电极与所述后续电极以形成通过所述先行电极形成的第一熔融池和通过所述后续电极形成的第二熔融池的方式设定电极间距离。此外，所述填充焊丝以能够插入所述第一熔融池的方式相对于所述先行电极空开规定距离而配置。

根据上述结构，通过向通过先行电极形成的第一熔融池中插入填充焊丝，从而第一熔融池的温度降低而促进凝固。由此，能够适当地形成第一熔融池，形成不产生咬边和焊瘤的良好的焊道。由此，在通过先行电极形成的焊道上能够形成适当形状的通过后续电极形成的第二熔融池。由此，即使为了提高焊接速度而增大焊接电流，也能够良好地形成大焊脚长度(例如8mm以上)的焊道，并且不需要进行修正操作，因此能够提高形成大焊脚长度的焊道时的操作效率。

此外，通过将两电极的电极间距离设定为50mm以上，能够使后续电极在第一熔融池充分凝固后到达通过先行电极形成的焊接部位。

此外，由于在焊接部位上产生的熔渣难以通电，因此电弧在凝固的熔渣上容易消弧，但通过将两电极的电极间距离设定为150mm以下，后续电极在通过先行电极形成的焊接部位上产生的熔渣凝固前到达通过先行电极形成的焊接部位，因此能够稳定地产生后续电极的电弧。

在所述的焊接方法中，优选所述填充焊丝配置在所述先行电极的后方10～50mm的位置。

如此，通过将先行电极与填充焊丝的距离设定为10mm以上，能够防止填充焊丝因先行电极的电弧热而熔融的情况，能够有效地通过填充焊丝降低第一熔融池的温度。

此外，通过将先行电极与填充焊丝的距离设定为50mm以下，能够防止第一熔融池的凝固在比填充焊丝的插入位置靠前的位置结束，能够可靠地将填充焊丝插入第一熔融池。

在所述的焊接方法中，优选，所述填充焊丝配置在所述后续电极的前方10mm以上的位置。

如此，通过将填充焊丝与后续电极的距离设定为10mm以上，能够防止填充焊丝因后续电极的电弧热而熔融的情况，能够有效地通过填充焊丝降低第一熔融池的温度。

在所述的焊接方法中，优选，在所述填充焊丝中流动电流而控制第一熔融池的凝固速度。

具体地说，在形成大焊脚长度的焊道的情况下，由于焊接热输入变大，因此通过减小在填充焊丝中流动的电流值，降低填充焊丝的温度，从而能够促进第一熔融池的凝固。

此外，在形成焊脚长度小的焊道的情况下，由于焊接热输入变小，焊道容易变成凸形状，因此通过增大在填充焊丝中流动的电流，提高填充焊丝的温度，从而能够使第一熔融池的凝固延迟，平滑地形成焊道。

在所述的焊接方法中，优选，将在所述填充焊丝中流动的电流设定为200A以下，将在所述先行电极中流动的电流设定为300～550A，将在所述后续电极中流动的电流设定为200～400A。

根据该结构，能够更有效地通过填充焊丝促进第一熔融池的凝固。此外，通过限制两电极的热输入量，能够进一步抑制咬边和焊瘤的产生。

在所述的焊接方法中，也可以在所述先行电极的前方至少配置一个使用了焊接用的焊丝的追加电极，通过所述先行电极及所述追加电极形成所述第一熔融池，或在所述后续电极的后方至少配置一个使用了焊接用的焊丝的追加电极，通过所述后续电极及所述追加电极形成所述第二熔融池。如此，通过追加电极，使得熔敷量增加，因此能够提高焊接速度并形成更大的焊脚长度的焊道。

此外，在插入到第一熔融池中的填充焊丝的根数增加的情况下，能够提高第一熔融池的冷却效果。

发明效果

根据本发明，在使用了先行电极和后续电极的双熔池方式的气体保护电弧焊接中，通过向通过先行电极形成的第一熔融池中插入填充焊丝，能够形成良好的焊道，在该通过先行电极形成的焊道上形成适当形状的通过后续电极形成的第二熔融池，因此能够良好且高效地形成大焊脚长度的焊道，能够提高生产率。

附图说明

图1是表示本实施方式的焊接装置的主视图。

图2是本实施方式的焊接装置的局部放大图，(a)是图1的A-A向视图，(b)是图1的B-B向视图。

图3是表示使用本实施方式的焊接装置对下板和立板进行焊接的状态的立体图。

图4是表示本实施方式的焊接装置的示意结构图。

图5是表示通过本实施方式的焊接装置形成的焊道的截面图。

图6是表示本实施方式的焊接方法的各阶段的流程图。

具体实施方式

参照适当的附图详细地说明本发明的实施方式。

在本实施方式中，如图1所示，以用于对水平设置的下板2和与下板2的上表面垂直配置的立板3的角部进行角焊的焊接装置1及焊接方法为例进行说明。

如图1及图2所示，本实施方式的焊接装置1具备：焊炬10、20、30；支承焊炬10、20、30的支承体40；对焊炬10、20、30供给电流的供电装置50。从未图示的供给装置向各焊炬10、20、30送入先行电极11、后续电极21及填充焊丝31。

该焊接装置1用于进行气体保护电弧焊接，对焊炬10、20、30供给电流的结构和喷射不活泼气体的结构等使用公知的气体保护电弧焊接装置的各结构，因此省略其详细的说明。

如图1所示，支承体40具备：铅垂立起的铅垂构件41、从铅垂构件41的下端部的左右角部向水平前方延伸的两个臂构件42、42。

如图2(a)所示，在臂构件42上经由后述的位置调整机构60安装有三个一组的焊炬10、20、30。

各焊炬10、20、30从臂构件42的前端侧向基端侧并列设置，两臂构件42、42的各焊炬10、20、30左右对置。

两臂构件42、42之间是配置下板2及立板3的区域。如此，在焊接装置1中，沿着下板2和立板3的左右两角部配置各焊炬10、20、30。

进而，支承体40构成为通过未图示的驱动机构能够沿下板2及立板3的长边方向移动。由此，通过使支承体40移动，能够使各焊炬10、20、30沿着下板2和立板3的角部移动。

焊炬10、20、30是被送入先行电极11、后续电极21、填充焊丝31的筒状的构件，从臂构件42的前端侧依次并列设置先行焊炬10、中间焊炬30、后续焊炬20。

需要说明的是，先行电极11、后续电极21及填充焊丝31使用焊接用的实芯焊丝或药芯焊丝。

向先行焊炬10送入先行电极11，向后续焊炬20送入后续电极21，向中间焊炬30送入填充焊丝31。

在焊炬10、20、30上设置有筒状的导电嘴(未图示)。并且，送入到各焊炬10、20、30的两电极11、21和填充焊丝31穿过导电嘴，并从各焊炬10、20、30的前端部(下端部)突出。

如图1所示，供电装置50具备：安装在铅垂构件41的前表面的配电盘51、将配电盘51和各焊炬10、20、30(参照图2(a))连接的供电电缆52。供电电缆52连结在焊炬10、20、30的基端部(上端部)上。

此外，从未图示的电源向配电盘51供给的电流在配电盘51内转换成规定的电流值后，通过供电电缆52向各焊炬10、20、30供给，并经由导电嘴向两电极11、21和填充焊丝31供给。

需要说明的是，作为向各焊炬10、20、30供给电流的结构，可以通过附属于电源的遥控器来控制电流值。

如图4所示，在本实施方式中，构成为在先行电极11中流动300～550A的电流，且在后续电极21中流动200～400A的电流。并且，构成为在填充焊丝31中不流动电流或流动200A以下的电流。需要说明的是，填充焊丝31的极性为直流正极性或者直流逆极性均可。

如图2(a)所示，位置调整机构60设置在臂构件42的上表面，通过保持供电电缆52而支承各焊炬10、20、30。

该位置调整机构60具备：两个上下引导构件61、61、两个左右引导构件62、62、以及保持构件63。

如图2(b)所示，各上下引导构件61、61在各焊炬10、20、30的前后两侧竖立设置在臂构件42的上表面。在上下引导构件61上设置有铅垂配置的旋转轴61a。在旋转轴61a的外周面上形成有螺纹槽，通过使未图示的拨盘旋转，从而能够使旋转轴61a旋转。

在各左右引导构件62、62上形成有供各上下引导构件61、61的旋转轴61a、61a螺合的螺纹孔。换句话说，构成有通过使各上下引导构件61、61的旋转轴61a、61a旋转从而使左右引导构件62上下移动的进给丝杠机构。

此外，如图2(a)所示，在左右引导构件62上设置有左右水平配置的旋转轴62a。在旋转轴62a的外周面上形成有螺纹槽，通过使未图示的拨盘旋转，从而能够使旋转轴62a旋转。

在保持构件63的前后两端部形成有供各左右引导构件62、62的旋转轴62a、62a螺合的螺纹孔。换句话说，构成有通过使各左右引导构件62、62的旋转轴62a、62a旋转从而使保持构件63左右移动的进给丝杠机构。

此外，在保持构件63上，供供电电缆52的下部穿过的三个保持孔沿前后方向并列设置。并且，通过将供电电缆52固定在保持孔上，从而各焊炬10、20、30被保持构件63支承。

各焊炬10、20、30相对于铅垂方向倾斜，两电极11、21及填充焊丝31的前端部朝向下板2和立板3的角部。

在这样的焊接装置1中，如图2(a)及(b)所示，通过使位置调整机构60的左右引导构件62及保持构件63上下左右移动来调整各焊炬10、20、30的位置，由此能够调整下板2和立板3的角部与两电极11、21及填充焊丝31的前端部的间隔。

接下来，对本实施方式的焊接装置1的先行电极11、后续电极21及填充焊丝31的位置关系进行详细说明。

在焊接装置1中，如图4所示，先行电极11与后续电极21的电极间距离设定为50～150mm。此外，填充焊丝31相对于先行电极11配置在后方10～50mm的位置。

此外，如图3所示，先行电极11的焊丝对准位置相对于下板2和立板3的角部设定在下板2侧，后续电极21的焊丝对准位置相对于角部设定在立板3侧。

接下来，对使用所述的焊接装置1的焊接方法进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，适当参照图6所示的流程图。

首先，如图4所示，将先行电极11和后续电极21的电极间距离设定为50～150mm。进而，将填充焊丝31配置在先行电极11的后方10～50mm的位置，并将填充焊丝31配置在后续电极21的前方10mm以上的位置(步骤S1)。

此外，通过图2(a)所示的位置调整机构60调整两电极11、21及填充焊丝31的各前端部与下板2和立板3的角部之间的间隔(步骤S2)。

从供电装置50(参照图1)使300～550A的电流在先行电极11中流动，并使200～400A的电流在后续电极21中流动，在两电极11、21上产生电弧。并且，在填充焊丝31中不流动电流或者流动200A以下的电流(步骤S3)。

如此，形成通过先行电极11形成的第一熔融池15和通过后续电极21形成的第二熔融池25，保持两电极11、21及填充焊丝31的间隔并使两电极11、21及填充焊丝31沿着角部移动(步骤S4)。

此时，由于两电极11、21的电极间距离为50mm以上，因此在第一熔融池15充分凝固后，后续电极21到达通过先行电极11形成的焊接部位。

由此，在焊接装置1中，能够进行通过先行电极11形成的第一熔融池15和通过后续电极21形成的第二熔融池25分离形成的双熔池方式的气体保护电弧焊接。

此外，由于先行电极11和填充焊丝31的间隔设定为50mm以下，填充焊丝31配置在比通过先行电极11形成的第一熔融池15的凝固结束的位置靠前的位置，因此成为填充焊丝31插入第一熔融池15的状态。

通过使两电极11、21及填充焊丝31在保持恒定的间隔的同时进行移动，从而在通过先行电极11形成的焊道上形成通过后续电极形成的第二熔融池25。此时，第一熔融池15和第二熔融池25形成在向下板2侧和立板3侧偏移了的位置。并且，如图5所示，由于在通过先行电极11形成的焊道16上重叠通过后续电极21形成的焊道26，因此形成大焊脚长度的焊道。

如此，形成大焊脚长度的焊道，并如图3所示那样使两电极11、21及填充焊丝31移动至角部的规定位置而结束焊接(步骤S5)。

通过所述的焊接装置1及焊接方法，能够起到以下的作用效果。

如图3所示，当在先行电极11及后续电极21中流动电流而产生电弧，并使两电极11、21并行移动时，形成通过先行电极11形成的第一熔融池15和通过后续电极21形成的第二熔融池25。

此时，通过向第一熔融池15插入填充焊丝31，第一熔融池15的温度降低而促进凝固。由此，第一熔融池15形成得适当，能够形成不产生咬边或焊瘤的良好的焊道16。

由此，第二熔融池25在通过先行电极11形成的焊道16上形成为适当的形状。由此，即使为了提高焊接速度而增大焊接电流，也能够良好地形成大焊脚长度的焊道，并且，由于不需要进行修正操作，因此能够提高形成大焊脚长度的焊道时的操作效率。

需要说明的是，在本实施方式的焊接装置1及焊接方法中，假定形成焊脚长度为5mm以上的焊道，但尤其适用于形成焊脚长度为8mm以上的大焊脚长度的焊道的情况。

此外，通过在填充焊丝31中流动电流，能够控制第一熔融池15的凝固速度。

具体地说，在焊接热输入大的情况下，通过减小在填充焊丝31中流动的电流值，降低填充焊丝31的温度，从而能够促进第一熔融池15的凝固。此外，在焊接热输入小的情况下，通过增大在填充焊丝31中流动的电流，提高填充焊丝31的温度，能够使第一熔融池15的凝固延迟，平滑地形成焊道。

需要说明的是，在如本实施方式这样在填充焊丝31中不流动电流或者流动200A以下的电流的情况下，能够有效地通过填充焊丝31促进第一熔融池15的凝固。

此外，由于先行电极11和填充焊丝31的距离设定在10mm以上，且填充焊丝31和后续电极21的距离设定在10mm以上，因此能够防止填充焊丝31因先行电极11或后续电极21的电弧热而熔融的情况，能够有效地降低第一熔融池15的温度。

此外，在先行电极11中流动的电流设定为300～550A，在后续电极21中流动的电流设定为200～400A，两电极11、21的热输入量被限制，因此能够防止在焊道上产生咬边或焊瘤的情况。

此外，由于在焊接部位上产生的熔渣难以通电，因此电弧在凝固的熔渣上容易消弧，但由于先行电极11与后续电极21的电极间距离设定在150mm以下，因此后续电极21在通过先行电极11形成的焊接部位上产生的熔渣凝固前到达焊接部位。由此，能够在通过先行电极11形成的焊接部位上稳定地产生后续电极21的电弧。

如上所述，根据本实施方式的焊接装置1及焊接方法，通过使用先行电极11和后续电极21的双熔池方式的气体保护电弧焊接，能够良好且高效地形成大焊脚长度的焊道，能够提高生产率。

例如，本实施方式的焊接装置1优选适用在用于将纵向构件(longitudinal member)或肋接合在控制台上的缝焊机(line welder)等自动角焊设备或角焊用简易行驶台车中。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不局限于所述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以进行适当的变更。

例如，也可以在图3所示的先行电极11的前方配置使用焊接用的焊丝的追加电极，通过先行电极11及追加电极形成第一熔融池15。此外，也可以在后续电极21的后方配置追加电极，通过后续电极21及追加电极形成第二熔融池25。进而，也可以在先行电极11的前方及后续电极21的后方这两方配置追加电极。

如此，在追加了电极的根数的情况下，熔敷量增加，因此能够提高焊接速度并形成更大的焊脚长度的焊道。

需要说明的是，追加电极的根数并非限定的根数，可以根据焊接速度和焊道的焊脚长度而适当地设定。

此外，插入到第一熔融池15中的填充焊丝31的根数并非限定的根数，在增加填充焊丝31的根数的情况下能够提高第一熔融池15的冷却效果。

实施例

接下来，对确认了本发明的效果的实施例进行说明。在使用了在先行电极与后续电极之间配置有填充焊丝的焊接装置的气体保护电弧焊接中，对将先行电极和后续电极的电极间距离设定为50～150mm的情况、和设定在50～150mm的范围外的情况下的焊道的形状进行了比较。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

对在该实施例中使用的各构成要素进行说明。

(下板及立板)

厚度16mm、宽度100mm、长度1000mm的钢板。

在表面涂敷膜厚为40μm的底层涂料。

(保护气体)

向先行电极及后续电极以25L/分的流量供给100％的二氧化碳气体。

不向填充焊丝供给。

(先行电极及后续电极)

使用药芯焊丝。

焊丝直径为1.6mm，焊丝突出量为25mm。

焊炬角度为50°。

前后角度为垂直(0°)。

先行电极的焊丝对准位置为，从角部朝向下板侧5mm，朝向立板侧0mm。

后续电极的焊丝对准位置为，从角部朝向下板侧0mm，朝向立板侧0mm。

(填充焊丝)

使用实芯焊丝或者药芯焊丝。

焊丝直径为1.2mm，焊丝突出量为25mm。

焊炬角度为50°。

焊丝对准位置为，从角部朝向下板侧0mm，朝向立板侧0mm。

两电极的电源特性为直流逆极性，填充焊丝的电源特性为直流正极性或者逆极性(参照表1至表4)。

并且，表1及表2所示的实施例1至实施例13将先行电极与后续电极的电极间距离设定为50～150mm，在该实施例1至实施例13中，未在焊道上产生咬边和焊瘤等不良形状，良好地形成了大焊脚长度的焊道，并且良好地产生了电弧。

与此相对地，如表3及表4示出的比较例1至比较例3所示，在先行电极与后续电极的电极间距离小于50mm的情况下，在焊道上产生了咬边及焊瘤。此外，如比较例4至比较例8所示，在先行电极与后续电极的电极间距离大于150mm的情况下，在焊道上产生了焊瘤。

由以上的实施例可知，通过本发明的气体保护电弧焊接方法及焊接装置能够良好地形成大焊脚长度的焊道。

符号说明

Claims (7)

1.一种气体保护电弧焊接方法，其使用焊接用的焊丝作为先行电极及后续电极，形成通过所述先行电极形成的第一熔融池和通过所述后续电极形成的第二熔融池而进行焊接，所述气体保护电弧焊接方法的特征在于，

将所述先行电极与所述后续电极的电极间距离设定为50～150mm，

向所述第一熔融池插入填充焊丝而进行焊接。

2.根据权利要求1所述的气体保护电弧焊接方法，其特征在于，

所述填充焊丝配置在所述先行电极的后方10～50mm的位置，且配置在所述后续电极的前方10mm以上的位置。

3.根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊接方法，其特征在于，

在所述填充焊丝中流动电流。

4.根据权利要求3所述的气体保护电弧焊接方法，其特征在于，

在所述填充焊丝中流动的电流为200A以下，并且，

在所述先行电极中流动的电流为300～550A，在所述后续电极中流动的电流为200～400A。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体保护电弧焊接方法，其特征在于，

在所述先行电极的前方至少配置一个使用了焊接用的焊丝的追加电极，通过所述先行电极及所述追加电极形成所述第一熔融池。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体保护电弧焊接方法，其特征在于，

在所述后续电极的后方至少配置一个使用了焊接用的焊丝的追加电极，通过所述后续电极及所述追加电极形成所述第二熔融池。

7.一种气体保护电弧焊接装置，其特征在于，具备：

使用了焊接用的焊丝的先行电极及后续电极；

配置在所述先行电极与所述后续电极之间的填充焊丝；

向所述先行电极及所述后续电极供给电流的供电装置，

所述先行电极与所述后续电极以形成通过所述先行电极形成的第一熔融池和通过所述后续电极形成的第二熔融池的方式设定电极间距离，

所述填充焊丝以能够插入所述第一熔融池的方式相对于所述先行电极空开规定距离而配置。

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