CN103402686A - 用于利用帘焊条和带状焊条进行焊接的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供这样的焊接系统（100）和方法，其中第一焊接电源供应器提供第一焊接波形到带状焊条（101）来焊接工件（W）并且第二焊接电源供应器提供第二焊接波形到至少一根帘焊条（107、113）来焊接工件（W）。至少一根帘焊条（107、113）在焊接期间被安置为邻近所述带状焊条（101）的一侧。

Description

用于利用帘焊条和带状焊条进行焊接的方法和设备

本发明的背景

技术领域

符合本发明的装置、系统和方法涉及利用包覆焊条和帘焊条（curtain electrode）进行焊接。

相关技术的描述

利用带状焊条（strip electrode）进行的包覆（cladding）在业内是已知的。一般地，带状焊条被用于包覆，这是由于其大的宽度和低的熔深导致大的包覆区域而与基底金属的掺和低。电渣包覆尤为如此。然而，由于熔深被最小化，存在熔深不足或甚至在包覆物沉积（特别是在该沉积与先前邻近的沉积交叉的地方）的边缘出现夹杂物的风险。如果发现，这些夹杂物需要修复，若任由其不被检查，则这些夹杂物会导致包覆层的过早失效。此外，当利用带状焊条进行包覆时，合乎期望的是增加带状焊条的宽度来更快地包覆更大的区域。然而，更宽的带状焊条需要施加多得多的电流。这些高电流产生在带的端部变得集中的磁场。这些高度集中的磁场干扰熔池并且会迫使来自焊缝边缘的液体金属朝向中心沉积。在极端情况下，电磁操控装置被用来引入对旋式磁场来抵消带状焊条边缘处的集中的高磁场的某些不利影响。

发明内容

本发明的示例性实施方案是用于焊接的焊接系统和方法，所述系统具有第一焊接电源供应器和第二焊接电源供应器，所述第一焊接电源供应器提供第一焊接波形到带状焊条来焊接工件，所述第二焊接电源供应器提供第二焊接波形到至少一根帘焊条来焊接工件。至少一根帘焊条在焊接期间被安置为邻近所述带状焊条的一侧。在下面的具体说明、附图和权利要求中将会给出本发明的进一步的实施方案、特征和特性。

附图的简要说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和/或其他方面将会是更加明显的，其中：

图1图示说明利用本发明的示例性实施方案进行焊接的图示表征；

图2A、图2B和图2C图示说明利用本发明的示例性实施方案进行焊接的其他图示表征；以及

图3图示说明根据本发明的示例性实施方案的焊接系统的图示表征。

示例性实施方案的具体描述

本发明的示例性实施方案现将在下面参照所附附图被描述。所描述的示例性实施方案旨在帮助理解本发明，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。在整个附图中，相同的参考编号指代相同的部件。

图1和图2A-2C图示表征利用本发明的示例性实施方案进行的焊接。在本发明的实施方案中，带状焊条101在焊接系统100中例如被用于包覆操作。在本发明的示例性实施方案中，带状焊条在30至120mm宽的范围内。然而，根据用途，带状焊条101可以更宽或更窄。在本发明进一步的示例性实施方案中，采用的焊接工艺为埋弧焊接工艺或者电渣焊接工艺。带状焊条101通过带送进器（未示出）和电流供应啮合板（jaws）102被递送来进行焊接操作，所述电流供应啮合板102夹住带状焊条101并且将焊接电流从电源递送到焊条101。没有在图1中示出的是例如在埋弧焊接操作中利用带状焊条进行焊接时通常被使用的焊剂或焊剂递送系统。因为这些焊接工艺和焊剂递送系统是本领域的技术人员公知的，将不会在本文中对此进行具体论述。

如在图1和图2A-2C的每个中所示的，在带状焊条101的任一窄侧的是帘焊条107/113。帘焊条107/113使用它们各自的焊炬105/111被沉积并且与带状焊条101同时被沉积。换言之，在焊接期间，带状焊条101和帘焊条107/113的每个被同时焊接和沉积。帘焊条107/113中的每个一般为丝型焊条（具有圆形截面）并且被安置为离带状焊条101的边缘一距离，以致在焊接期间来自帘焊条107/113的焊缝熔池与带状焊条101的焊缝熔池接触并且创建单个焊缝熔池。换言之，在本发明的实施方案中，帘焊条107/113在焊接/包覆操作期间不接触带状焊条101。这样的安置确保由帘焊条107/113创建的焊道109/115与来自带状焊条101的焊道103整合，创建单个连续的焊道。如果帘焊条107/113被安置得过于远离带状焊条101，则所得的焊缝熔池分离而创建两个不同的焊道。帘焊条107/113与带状焊条101电气隔离，这将在下面被进一步论述。

在本发明的示例性实施方案中，帘焊条107/113具有与带状焊条101相同的材料组成（composition）。然而，在其他示例性实施方案中，帘焊条107/113的材料组成可以与带状焊条的组成不同。例如，帘焊条107/113可以为具有这样的组成的药芯焊条，所述组成由被设计来降低表面张力以允许沉积物更容易地流动和更好地变平坦的金属粉末和润湿剂构成。此外，焊剂芯焊条可以与控制金属从焊条转移至熔池的方法的焊剂一起使用。例如，可以采用焊剂芯帘焊条，在带状焊条101经由电渣工艺的电阻而正被转移同时，所述焊剂芯帘焊条的芯材料通过电弧促进金属转移。另外，药芯焊条（其药芯包括产生放热反应的化学物质）可以局部地增加帘焊丝之下的热。例如，带状焊条101可以通过传统电渣工艺被沉积，同时帘焊条中的焊剂可以反应并且产生进一步的热来控制和增加沉积的边缘处的热，由此保证良好熔深和与先前的邻近包覆行程的附着。由此，通过采用具有不同于带状焊条101中化学特性的具体化学特性的帘焊条，热和熔深模式可以被操控来产生具有先前的邻近焊道中的良好熔深的更宽包覆沉积的所需结果。当然，本发明不限于上面所陈述的实例的使用，其他焊条和转移方法论的使用可以被用来获得所需的焊缝性质。

当利用本发明的进一步的实施方案进行焊接时，带状焊条采用的同一焊接工艺也被帘焊条采用。例如，如果埋弧焊被带状焊条101采用，则帘焊条采用同一工艺。如果采用电渣焊接，则亦是如此。

在图1和图2A-2C中所示的实施方案中，示出至少两根帘焊条107/113。然而，在其他示例性实施方案中，仅有单根焊条107或113可以被用在带状焊条101的仅一侧上。此外，在焊接期间，帘焊条107和113的二者或任一个可以在焊接工艺期间根据需要被关断和恢复工作（back on）。

此外，在本发明的其他示例性实施方案中，在带状焊条101的任一侧上有多于一根的帘焊条。具体地，如在图2B中所示的，在带状焊条101的任一侧上可以有多于一根的帘焊条。如在该图中示出的，在带状焊条的任一侧上有两根帘焊条107/107A和113/113A。这用来进一步拓宽焊缝熔池。另外，这样的实施方案进一步增加由帘焊条生成的磁场，来进一步抵消（negate）由带状焊条101生成的磁力中的一些。这样的实施方案在帘焊条处增加磁场而未过度焊透工件，使用单根过度大的帘焊条会造成过度焊透工件。进一步注意的是，本发明的实施方案不限于在带状焊条101的任一侧上有两根帘焊条。每侧还可以使用多于两根的焊条。

帘焊条107/113的使用增加在焊接工艺期间被创建的整体焊道的宽度。因此，针对给定带状焊条101宽度的整体熔敷率（deposition rate）增加。另外，帘焊条的使用还帮助解决上面描述的焊透性问题。具体地，帘焊条107/113的使用帮助确保带状焊条101的边缘充分焊透工件W，来获得恰当的焊缝。另外，通过帘焊条107/113的使用提供的增加的焊透性帮助确保邻近焊道中的恰当的焊透性。再者，如上面所陈述的，利用现有带状焊条焊接技术，在邻近的带状焊条焊道之间可以存在不充分的焊透性（在后续行程中）。然而，通过使用本发明的帘焊条107/113实施方案确保后续的邻近行程具有充分边缘焊透性来创建均匀的焊道。例如，在对包覆表面进行包覆是持续的且具有所需表面完整性的时候，情况如此。此外，通过控制带状焊条101边缘处的帘焊条的丝送进速度，（例如）带状焊条101边缘处的额外包覆金属的量可以被控制。在示例性实施方案中，帘焊条107/113的丝送进速度独立于带状焊条101被控制，并且在某些示例性实施方案中，帘焊条107/113的丝送进速度与带状焊条101的丝送进速度不同。

除了确保带状焊条101边缘处的焊道的充分熔深并且增加焊道的宽度，本发明的实施方案可以被用来控制带状焊条101的焊缝熔池。如上面所论述的，当以传统方式利用带状焊条进行焊接时，焊接期间的磁力可以导致焊缝熔池在带的中心处淤积或聚集，由此导致在带状焊条焊道103的端部的不充分焊道的创建。本发明的实施方案可以被用来使焊缝熔池平整，由此创建更为均匀的焊道。通过使帘焊条107/113的焊接波形与带状焊条101的焊接波形在相位上相关来实现这一点。具体地，如在图2A/2B中所示的，当利用电渣焊接工艺进行焊接时，帘丝107/113将具有与带状焊条101相反的极性。如在图2A中所示的，带状焊条101利用负极性进行焊接，而帘焊条的每个具有平行的正极性。类似地，当利用埋弧焊接工艺进行焊接时，帘焊条107/113的焊接波形被相位调整为与用于带状焊条101的波形异相。这样的示例性实施方案在图2C中被示出。在该实施方案中，两个AC电源150和152被示出，其中第一AC电源150供应第一AC焊接波形到带状焊条101，并且第二AC电源供应第二AC焊接波形到帘焊条107/113。在示出的示例性实施方案中，相移同步线151被提供在两个电源150/152之间，这确保由第二电源152提供的AC波形与由第一电源150提供的AC波形异相。（这在该图的下面部分中被描绘）。在图2C中所示的示例性实施方案中，相移为90度。然而，本发明的其他实施方案可以采用不同的相移。例如，相移可以大于90度。在任何情况下，相移应当被选择来从帘焊条107/113获得相对于带状焊条101的所需性能。在示出的示例性实施方案中，相移同步线151被用来确保实现恰当的相移。相移同步线151可以为专用于第一电源供应器150和第二电源供应器152之间实时同步的同步线，或者可以为三相功率的输入功率相移。此外，在其他示例性实施方案中，相移可以通过各种其他已知的方法来实现和控制，例如可以与电源150/152中的一个或二者分离或者集成的专用焊接控制器。

针对上面所描述的焊接工艺中的每个，帘焊条107/113与带状焊条101的相位调整允许帘焊条107/113生成其自己各自的磁场，该磁场抵消由带状焊条101生成的磁力的一些，包括在带状焊条101边缘处生成的磁力。这一拉力阻止焊缝熔池在带101的中心处淤积并且由此使得带状焊条101的焊道103更为均匀。当然，除了这样的益处之外，上面描述的进一步的益处还在于增加集合而成的焊道的整体宽度并且改善带状焊条101边缘处的焊缝焊透性。

因此，已经被发现的是，通过邻近带状焊条的边缘利用至少一根帘焊条进行焊接，可以实现如上面所描述的诸多益处。

尽管图1和图2A示出单根带状焊条101与两根帘焊条107/113一起被采用，然而本发明不限于这种配置。具体地，考虑的是，额外的带状焊条和帘焊条可以被采用来进一步拓宽被创建的焊道，例如在图2B中所示的。例如，考虑的是，额外的带状焊条101和帘焊条可以被安置为邻近帘焊条107/113中的一根，进一步增加所创建的焊道的宽度。

在本发明的示例性实施方案中，帘焊条107/113具有相同的直径。然而，由于帘焊条107/113的相对直径可以彼此不同，所以本发明不限于此。例如，帘焊条107/113的直径可以被用来确定带状焊条101边缘处的熔深深度。换言之，焊条107/113的直径越大，焊缝的熔深越深。此外，带状焊条101边缘处的熔深深度可以通过帘焊条107/113相对于带状焊条101的接近度来控制。因此，在本发明的示例性实施方案中，帘焊条107/113和带状焊条101之间的距离在焊接工艺期间可以被改变。可以通过使用能够改变帘焊条107/113相对于带状焊条101的相对位置的任何机械系统来实现这一点。例如，可以采用齿轮传动和追踪系统。在焊接操作之前或者在焊接操作期间，焊条的相对位置可以被改变。

在另一示例性实施方案中，磁性电弧控制可以被采用来辅助控制带状焊条焊缝熔池。然而，因为本领域的技术人员熟悉这样的方法论，所以这一技术无需在本文中被具体描述。

现在转到图3，根据本发明的示例性实施方案的焊接系统200被示出。焊接系统包括第一焊接电源供应器201和第二焊接电源供应器203。第一焊接电源供应器201提供第一焊接波形到正将带状焊条101送进到焊缝的带状焊条送进器203。第二电源供应器205通过丝送进器207提供第二焊接波形到帘焊条107/113。尽管示出单个丝送进器207，然而可以采用多于一个的丝送进器。此外，丝送进器207可以为能够同时送进至少两根焊条的双型丝送进器。此外，尽管单个电源供应器205被示出用于两根焊条107/113，然而还考虑的是单个电源供应器可以分别与每根焊条107/113一起使用。

此外，在图3中所示的示例性实施方案中，焊接控制器209被示出。控制器209控制电源供应器201和205的操作来确保电源供应器201/205根据需要进行操作。例如，在埋弧焊接操作中，控制器209确保电源供应器201/205正在这样操作，以致用于帘焊条107/113的焊接波形与用于带状焊条101的焊接波形异相。因为用于控制多于一个电源控制器的操作的这样类型的焊接控制器是本领域的技术人员已知的，所以控制器209的结构和操作在本文中将不会被具体描述。另外，在另一示例性实施方案中，控制器209可以被集成到焊接电源供应器201/205中的一个。具体地，电源供应器201/205中的一个的控制电子装置可以控制和监控电源供应器201/205中的另一个的操作，来确保实现恰当的焊接操作。不需要采用分开的控制器209。在操作期间，控制器209可以根据需要停止和启动利用帘焊条107/113的焊接。再者，如上面所论述的，焊条107/113是相对于带状焊条的侧可定位的。具体地，在焊接之前或者在焊接期间，帘焊条107/113的位置相对于带状焊条101的侧可以被改变。

当利用本发明的各种实施方案进行焊接或包覆时，存在诸多可以被控制和优化来提供所需焊缝的变量。例如，这样的变量包括：帘焊条的直径和组成，带状焊条的尺寸和组成，针对带状和帘焊条所采用的转移工艺，各自焊条的送进速度，所采用的焊接波形的极性和/或占空比。

注意的是，本发明不受要使用的帘或带状焊条类型或者可以被执行的焊接操作类型的限制，而是可以被用在利用许多不同类型的焊接焊条和焊条组合的许多不同类型的焊接操作中。

尽管本发明已经参照本发明的示例性实施方案被具体示出和描述，然而本发明不限于这些实施方案。本领域的普通技术人员将会理解的是，其中在形式和细节上可以进行各种改变而不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

参考标号：

100      焊接系统         209    控制器

101      带状焊条         w      工件

102      电流供应啮合板

103      焊道

105      焊炬

107      帘焊条

107A     帘焊条

109      焊道

111      焊炬

113      帘焊条

113A     帘焊条

115      焊道

150      AC电源

151      相移同步线

152      AC电源

200      焊接系统

201      第一焊接电源供应器

203      第二焊接电源供应器

205      第二电源供应器

207      丝送进器

Claims (15)

1.一种焊接系统（100），所述焊接系统（100）包括：

第一焊接电源供应器（150），所述第一焊接电源供应器（150）提供第一焊接波形到带状焊条（101）来焊接工件（w）；以及

第二焊接电源供应器（152），所述第二焊接电源供应器（152）提供第二焊接波形到至少一根帘焊条（107）来焊接所述工件（w）；

其中所述至少一根帘焊条（107）在焊接期间被安置为邻近所述带状焊条（101）的一侧。

2.如权利要求1的焊接系统，其中第二帘焊条（113）在焊接期间被安置为邻近所述带状焊条（101）的另一侧。

3.如权利要求2的焊接系统，其中所述至少一根帘焊条（107）具有与所述第二帘焊条（113）不同的直径和材料组成中的至少一个。

4.如权利要求1至3中的一项的焊接系统，其中所述至少一根帘焊条（107、113）被安置为以一距离邻近所述侧，以致来自所述至少一根帘焊条（107、113）的焊道（109）与所述带状焊条（101）的焊道（103）整合。

5.如权利要求1至4中的一项的焊接系统，其中所述至少一根帘焊条（107、113）具有与所述带状焊条（101）不同的组成。

6.如权利要求1至5中的一项的焊接系统，其中所述第一焊接波形是电渣和埋弧焊接波形中的一个并且所述第二焊接波形不同于所述第一焊接波形。

7.如权利要求1至6中的一项的焊接系统，其中所述帘焊条中的至少两根（107、107A）在所述焊接期间被安置为邻近所述侧。

8.如权利要求1至7中的一项的焊接系统，其中所述第一焊接波形是电渣焊接波形并且所述第二焊接波形具有与所述第一焊接波形相反的极性。

9.如权利要求1至8中的一项的焊接系统，其中所述第一焊接波形是AC焊接波形并且所述第二焊接波形被相移为与所述第一焊接波形异相。

10.一种焊接的方法，所述焊接的方法包括：

提供带状焊条（101）到工件（w）并且使用第一焊接波形利用所述带状焊条（101）进行焊接；以及

提供至少一根帘焊条（107）到所述工件（w）并且使用第二焊接波形利用所述至少一根帘焊条（107）进行焊接；

其中所述至少一根帘焊条（107）在焊接期间被提供为邻近所述带状焊条（101）的一侧。

11.如权利要求10的焊接方法，其中第二帘焊条（113）被提供为在焊接期间邻近所述带状焊条（101）的另一侧，其中所述至少一根帘焊条（107）优选地具有与所述第二帘焊条（113）不同的直径和材料组成中的至少一个。

12.如权利要求10或11的焊接方法，其中所述至少一根帘焊条（107、113）被安置为以一距离邻近所述侧，以致来自所述至少一根帘焊条（107、113）的焊道（109）与所述带状焊条（101）的焊道（103）整合。

13.如权利要求10至12中的一项的焊接方法，其中所述至少一根帘焊条具有与所述带状焊条不同的组成；和/或其中所述第一焊接波形是电渣和埋弧焊接波形中的一个并且所述第二焊接波形不同于所述第一焊接波形；和/或其中所述帘焊条中的至少两根（107/107A）在所述焊接期间被安置为邻近所述侧；和/或其中所述第一焊接波形是电渣焊接波形并且所述第二焊接波形具有与所述第一焊接波形相反的极性；和/或其中所述第一焊接波形是AC焊接波形并且所述第二焊接波形被相移为与所述第一焊接波形异相。

14.一种焊接系统（100），所述焊接系统（100）包括：

第一焊接电源供应器（150），所述第一焊接电源供应器（150）提供第一焊接波形到带状焊条（101）来焊接工件（w）；以及

第二焊接电源供应器（152），所述第二焊接电源供应器（152）提供第二焊接波形到至少两根帘焊条（107、113）来焊接所述工件（w）；

其中所述至少两根帘焊条（107、113）中的一根（107）在焊接期间被安置为邻近所述带状焊条（101）的第一侧，并且所述至少两根帘焊条（107、113）中的另一根（113）在焊接期间被安置为邻近所述带状焊条（101）的第二侧，并且

其中所述第一和第二焊接波形中的每个是电渣或者埋弧焊接波形。

15.如权利要求14的焊接系统，其中所述至少两根帘焊条（107、113）中的所述一根（107）具有与所述至少两根帘焊条（107、113）中的所述另一根（113）不同的组成。

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