CN1040076C - 弧形板－管熔化极气体保护自动焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种用于熔化极气体保护焊焊接弧形管板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的自动焊接方法，将焊枪从管壁与弧形板面夹角角分线处向远离管壁方向移动一段距离，保持焊丝伸长变化量与焊接电流变化量之间遵循ΔL＝KΔI的关系。焊枪高度变化量Δh与焊接电流变化量ΔI、单位电流焊丝伸长的变化量K及焊丝与钢管轴线的夹角α有关，且遵循Δh＝K×ΔI×cosα的关系。本发明方法可自动跟踪焊缝高度，实现弧形板一管空间曲线焊缝的自动焊接。

Description

弧形板-管熔化极气体保护自动焊接方法

本发明涉及一种用于焊接弧形板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的熔化极气体保护自动焊接方法。

在工业换热器、工业锅炉上的板与管的相贯焊缝有两种，一种是平板与管垂直相交形成的平面圆形焊缝；另一种是弧形板与管子相交形成的空间曲线焊缝。前一种焊缝的焊接，在国内外的生产中早已实现自动化焊接，如意大利的A22型管板自动焊机，瑞典ESAB公司及北京市精艺技术开发公司的类似产品等。这些设备都没有高度跟踪功能，不能焊接弧形板-管焊缝，只能用于平板管垂直相交焊缝。而后一种焊缝至今还是采用手工电弧焊方法焊接。其焊接效率低，焊接质量不稳定，而且耗费材料和能源多。

本发明的目的在于，提供一种弧形板-管自动焊接方法，以实现弧形板-管空间曲线焊缝的自动化焊接，并能保证焊缝高度跟踪的精度和稳定性。

本发明的目的是这样实现的：在用熔化极气体保护焊进行弧形板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的自动焊接时，采用焊枪外移法(即将焊枪从管壁与弧形板面夹角角分线处向远离管壁方向移动一段距离)保持焊丝伸长变化量ΔL与焊接电流变化量ΔI之间的函数关系ΔL＝KΔI。焊枪高度变化量Δh与焊接电流变化量ΔI、单位电流焊丝伸长的变化量K及焊丝与钢管轴线的夹角α有关，且遵循Δh＝K×ΔI×cosα的函数关系。焊枪外移的有效范围为2±0.5mm。

本发明方案所依据的科学原理如下：

1.焊丝伸长变化与焊接电流变化的函数关系：

熔化极气体保护焊使用恒压电源等速送丝，焊接电流大小取决于送丝速度快慢，当电压给定、送丝速度给定时，通常焊接电流亦是恒定的。然而，当焊枪与焊缝的间距(即焊枪高度)发生变化时，也引起焊接电流发生变化。焊枪高度变小，使焊丝伸出长度变短，则焊接电流增大，反之亦然。二者的函数关系可用下式表达：

        Δl＝K×ΔI    ......(1)式中：

Δl＿＿焊丝伸长变化量(mm)

ΔI＿＿焊接电流变化量(A)

  K＿＿电流急剧增加(或减少)1A时所对应的焊丝伸长变化值(mm/A)，可称焊丝伸长变化系数，不同的焊接参数组合，K值也不同，可通过焊接试验测定。考虑这一特性，利用霍尔元件和微机系统将焊丝伸长变化引起的电流变化值采集出来，经过处理，提取指令信号，并指令执行机构调节焊枪高度，使焊丝干伸长保持相对稳定。

2.焊缝高度变化与焊丝伸长变化的函数关系

采用焊枪外移法，保持焊缝高度(相当于焊枪高度)变化与焊丝伸长变化的函数关系。焊接管板角焊缝时，焊丝应处于管板角分线，即指向管板的交点。正常焊接时，电弧处在相贯线上，当焊缝位置变高，即弧形板面与焊枪的间距变短(相当于焊枪高度降低)，电弧移向弧形板，则焊丝伸出长度亦变短，电流增大，也就是说焊缝高度变化与焊丝伸长变化保持函数关系；当焊缝位置变低，即弧形板与焊枪距离增大(相当于焊枪高度增大)，则电弧向管壁靠近，但由于管壁与焊枪相对位置恒定，则焊丝伸长不变，电流亦不变化，这一函数关系则不存在。通常焊接时，焊丝指向示意图如图3所示。为保持焊缝高度变化与焊丝伸长变化之间的函数关系，本发明采用焊枪外移法，即将焊枪从角分线处向外(远离管壁方向)移动一段距离(2±0.5mm)，并减小焊丝与钢管轴线间的夹角(20°～30°为宜)，外移法焊接时，焊丝指向示意图如图4所示。这样电弧始终是靠近弧形板处燃烧，焊缝高度在一定范围内变化，均会引起焊丝伸长的变化，焊接电流也相应随之变化，其数学表达式如下：

        Δh＝cosα×Δl  ......(2)

式中：

Δh＿＿焊枪高度变化量

Δl＿＿焊丝伸长变化量

α＿＿焊丝与管轴线夹角

将(1)式代入(2)式，则得：

Δh＝cosα×K×ΔI    ......(3)

对给定某一组焊接参数，cosα×K值亦为常数，则测得电流变化值，即可调整焊枪高度了。

由于本发明实现了焊接过程的自动化，与手工焊相比，提高生产效率一倍多，一个Φ70mm的弧形板-管角焊缝，用手工焊约需40秒(纯焊接时间)，用本发明技术只需15秒。由于本发明技术可以自动跟踪焊缝高度，使焊接的质量好。用手工焊时，一次试压合格率在90％以下，采用本发明技术则可达97％以上。采用本发明技术操作简单，焊接过程全自动进行，改善了劳动条件，且较手工电弧焊节能30％左右，焊接材料利用率提高20％左右。

下面结合附图对本发明进一步说明。

为实施本发明方法，专门设计了一专用自动焊机，主要由控制装置、机械执行机构、焊枪及焊接电源组成，具有高度自动跟踪系统及检测处理系统。在焊接过程中，由微机系统检测和处理焊接电流的变化值，提取指令信号，并指令机械执行机构自动调节焊枪的高度，实时适应焊缝位置变化的需要，实现弧形板-管空间曲线焊缝的自动焊接。

图1为实施本发明方法的一种自动焊机的结构示意图。

图2为图1所示的自动焊机的控制装置示意图。

图3为通常焊接时，焊丝指向示意图。

图4为本发明外移法焊接时，焊丝指向示意图。

图1中，1.固定轴 2.送丝机 3.提升电机 4.焊枪调整导轨

       5.焊枪 6.夹装手柄 7.手把 8.焊丝盘 9.转盘

      10.下箱体 11.定位芯轴 12.平衡器

图2中，13.遥控盒 14.控制柜 15.焊接电源

图3、图4中，16.原板面 17.变化后的板面 18.钢管

曾用本发明技术试焊过一个弧形板-管角焊缝，使用的焊丝是Φ1.0mm的表面镀铜的HO8Mn2SiA。焊接电压选24伏，给定标准电流值为170A，高度调整门槛值ΔI为±5A，即当实际焊接电流变化值达到±5A(采样时间内的平均变化值)时，调整一次焊枪高度，其调整量为

     Δh＝cosα×K×ΔI

        ＝5Kcosα

试验测得这一参数组的K＝0.2mm/A，焊枪倾角α为30°，则高度调整量为0.866mm，也就是说高度跟踪精度为±0.866mm。上述处理程序均固化在计算机中。

焊枪外移量均为2±0.5mm。初始焊丝伸长为13～15mm。

下面结合附图说明一种实施本发明方法的专用焊机的细节及其工作过程。

在图1中，将机头通过平衡器(12)吊挂在吊车上，打开图2中自动焊机控制装置中的焊接电源(15)和控制柜(14)的电源开关，使其通电。首先打开焊接电源上输气开关，调好保护气流量。然后通过控制柜中的键盘预置焊接参数。如被焊工件钢管直径为Φ70mm，则标准焊接参数为焊接电流170A，焊接速度160mm/min。参数预置后，操作工就可进行具体焊接操作了。

首先手持焊机的手把(7)将定位芯轴(11)插入待焊钢管，拧紧夹紧手柄(6)将焊机固定住。将焊枪(5)转到起焊位置。按动遥控盒(13)上的送丝按钮，使焊丝盘(8)中的焊丝由送丝机构(2)送进焊枪，并伸出合适的长度(10±2mm)。按动遥控盒上焊枪上下调整手动按钮，通过提升电机(3)将焊枪调到合适高度(～15mm)。并通过焊枪调整导轨(4)，使焊丝向钢管(18)与弧形板夹角角分线外侧移2mm左右，这一举措称为焊枪外移法。使焊接过程中焊丝伸长变化与焊接电流变化之间保持一个函数关系(ΔL＝K×ΔI)。将遥控盒(13)上的调整按纽打到″自动″位置，转盘(9)的驱动步进电机定位。按动遥控盒上的起焊按纽，转盘(9)便围绕固定轴(1)转动。并带动焊枪(5)沿钢管转动，同时引弧焊接。焊接过程中，随着弧形板曲面升降，焊丝伸出长度发生变化，焊接电流亦发生变化，控制柜(14)中的霍尔元件和微机检测系统检测出电流变化量。当此变化量达到需调整值时，便指令焊枪提升电机，沿下箱体(10)上的滑道调整焊枪高度，即调整了焊丝伸出长度，实现了高度自动跟踪，称为以电流为传感器的高度自动跟踪，即使弧形板与钢管相交形成的空间曲线焊缝实现自动焊接。

当焊枪旋转370°时(焊缝要有一定搭接量)停焊、停机，松开自动调整按钮，再松开夹紧手柄(6)将焊机从焊完的钢管中抽出。手动反转焊枪，使焊接导线和气管恢复原位。即可将焊机插入下一个待焊钢管中进行焊接。每焊一个焊缝，控制柜的显示屏上显示出已焊焊缝的累计数字和实际焊接时间。

本发明方法及实施本发明方法所用的焊枪及其微机系统和执行机构，不仅能焊接现有的管板自动焊机所不能焊的弧形板-管空间曲线焊缝，而且能替代管板自动焊机焊接板-管平面圆形焊缝，还可以焊接马鞍形焊缝。

实施本发明方法的焊机可实现自动化焊接，与手工焊相比，不但大大提高了生产效率，改善了劳动条件，而且确保了焊接质量。

Claims (1)

1.一种用于熔化极气体保护焊焊接弧形板与管子相交形成的空间曲线角焊缝的自动焊接方法，其特征在于，将焊枪从管壁与弧形板面夹角角分线处向远离管壁方向移动一段距离，保持焊丝伸长变化量ΔL与焊接电流变化量ΔI之间的函数关系ΔL＝KΔI；焊枪高度变化量Δh与焊接电流变化量ΔI、单位电流焊丝伸长的变化量K及焊丝与钢管轴线的夹角α有关，且遵循Δh＝K×ΔI×cosα的函数关系；焊枪外移的有效范围为2±0.5mm。

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