CN104096948B - 用于通过控制焊接电流进行电弧焊接的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过控制焊接电流进行电弧焊接的方法和设备。一种用于执行电弧焊接的方法，包括以下步骤：准备两个工件，每个工件具有熔化部分，两个工件相互抵靠；准备焊接电极，其是非熔解型电极，用于对两个工件执行电弧焊接，该焊接电极被设置为面向两个工件；给焊接电极施加焊接电流以使两个工件被焊接；以及执行电流改变步骤以改变将被减小的焊接电流的量以便使两个工件中的至少一个工件的熔化部分向着另一个工件移动以粘着到另一个工件的熔化部分或粘着到另一个工件本身。

Description

用于通过控制焊接电流进行电弧焊接的方法和设备

技术领域

本公开涉及一种用于电弧焊接的方法和设备。

背景技术

专利文献JP-A-2002-001534公开了一种焊接方法和焊接设备，其中水平地互相抵靠的基体金属的上部部分使用TIG(钨极惰性气体)焊接被接合。

在基于如上所述的传统技术的焊接方法和设备中，可能会发生分离熔化。这种分离熔化涉及其中基体金属不彼此融合的缺陷。

在分离熔化中有两种主要情形。第一种情形是两种基体金属都熔化但熔化部分彼此分离。第二种情形是只有其中一种基体金属熔化。

第一种情形的原因可能是在基体金属之间有大的竖直台阶或基体金属之间有大的水平间隙。第二种情形的原因可能是基体材料与接地电极接触不良。

发明内容

本实施例提供了一种在电弧焊接中有效地抑制分离熔化的方法和设备。

作为本公开的一方面，用于执行电弧焊接的方法包括以下步骤：准备两个工件，每个工件具有相对于竖直方向位于其上端的上部部分，两个工件的两个上部部分在垂直于竖直方向的水平方向上相互抵靠；准备焊接电极，其是非熔解型电极，用于对两个工件执行电弧焊接，该焊接电极被设置为面向两个工件；给焊接电极施加焊接电流以使两个工件被焊接；以及执行电流改变步骤以改变将被减小的焊接电流的量以便使包括在两个工件中的至少一个工件的上部部分中的熔化部分向着另一个工件移动以粘着到另一个工件的熔化部分或粘着到另一个工件本身。

根据以上描述的方法，通过执行电流改变步骤，两个工件通过熔化部分被桥接。因此，分离熔化的发生被最小化。

作为本公开的另一方面，用于执行电弧焊接的设备包括：非熔解型焊接电极；焊接电源，其为非熔解型焊接电极提供焊接电流以使两个工件被焊接；以及控制单元，其控制焊接电流。两个工件的每一个具有包括将被焊接的熔化部分的一部分，并且两个工件的部分互相抵靠。控制单元改变将被减小的焊接电流的量以使两个工件中的至少一个工件的熔化部分向着另一个工件移动以粘着到另一个工件的熔化部分或粘着到另一个工件本身。

根据如上所描述的本公开的设备，控制单元执行电流改变控制以允许熔化部分桥接两个工件。因此，分离熔化的发生被最小化。

用于上面所述的或权利要求中的元件的括号中的参考标记指示了这些元件与下面提供的实施例中描述的特定装置的关系。

附图说明

在附图中：

图1是一般地示出根据本公开的第一实施例的电弧焊接设备的示意图；

图2是电流波形图，示出了通过电弧焊接设备控制焊接电流的控制波形；

图3是示出了当提供焊接电流时焊接行为的说明图；

图4是示出在初始恒定电流步骤P1时的焊接行为的说明图；

图5是示出了在电流升高步骤P2时的焊接行为的说明图；

图6是示出了在电流下降步骤P3时的焊接行为的说明图；

图7是示出了在第二恒定电流步骤P1时的熔化部分的状态的说明图；

图8是电流波形图，其示出了根据本公开的第二实施例通过电弧焊接设备控制焊接电流的控制波形；

图9是电流波形图，其示出了根据本公开的第三实施例通过电弧焊接设备控制焊接电流的控制波形。

具体实施方式

参考附图，以下描述本公开的一些实施例。在以下提供的实施例的描述中，为了省略不必要的解释，实施例之间彼此相同或类似的部件被给予相同的参考数字。

(第一实施例)

以下首先参考图1至7描述根据本公开的第一实施例的电弧焊接方法和电弧焊接设备。图1是一般地示出根据第一实施例的电弧焊接设备10的示意图。图1中示出的电弧焊接设备10是非熔解电极型电弧焊接设备，其包括焊接电极11。非熔解电极型电弧焊接设备是使用如焊接电极11的非熔解电极执行电弧焊接的电弧焊接设备。

特别地，电弧焊接设备10是执行TIG(钨极惰性气体)焊接的TIG焊接设备。TIG焊接是使用钨作为焊接电极11并使用惰性气体作为保护气体的焊接。

除了焊接电极11，焊接设备10还包括焊炬12、焊接电源13、接地电极14和15、控制单元16、保护气体供给单元17、输气管18和导线19。焊极电极11由焊炬12保持并通过导线19电连接至焊接电源13。焊接电源13对应于电压施加装置，其在焊接电极11和两个工件(也就是基体金属)1和2两端施加电压。

焊接电源13是供给直流焊接电流的直流型焊接电源。该焊接电源13被供给来自商用电源的三相交变电流功率。焊接电源13将三相交变电流整流以转变为直流。例如，使用直流逆变器型焊接电源作为焊接电源13。

两个工件1和2在水平地互相抵靠的状态下被固定至例如一夹具(没有示出)。工件1和2是用于SC(分段导体)交流发电机的铜线圈。工件1和2均由无氧铜形成。工件1和2分别电连接至接地电极14和15。

焊接电源13电连接至控制单元16。控制单元16用作控制装置，其控制焊接电流，并由此给焊接电源13输出控制信号。

焊炬12通过输气管18与保护气体供给单元17连接。保护气体供给单元17用作给焊炬12供给保护气体的保护气体供给装置。来自保护气体供给单元17的供给至焊炬12的保护气体从焊接电极11周围吹向工件1和2。

控制单元16控制焊接电源13使得焊接电流波形将变成如图2所示的控制波形。当焊接电流的状态如图2所示转变时，焊接步骤以恒定电流步骤P1——>电流升高步骤P2——>电流下降步骤P3——>恒定电流步骤P1的顺序被执行。

在恒定电流步骤P1，使焊接电流基本恒定。在电流升高步骤P2，焊接电流被升高。在电流下降步骤P3，焊接电流被降低。特别地，控制单元16在恒定电流步骤P1执行恒定电流控制C1使得焊接电流基本保持恒定，在电流升高步骤P2执行电流升高控制C2使得焊接电流增加，以及在电流下降步骤P3执行电流下降控制C3使得焊接电流减小。

电流升高步骤P2和电流下降步骤P3均对应于电流改变步骤，在电流改变步骤焊接电流的量被改变。换句话说，在电流改变步骤P2和P3，控制单元16分别执行电流改变控制C2和C3，使得焊接电流的量将被改变。

在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3，焊接单元16使控制波形成形为矩形波。在从电流升高步骤P2到电流下降步骤P3的转变中，控制单元16允许焊接电流的急剧下降。换句话说，控制单元16在很短的时间内(例如大约1至10ms)相当大地使焊接电流下降。

在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3，控制单元16允许在这些步骤之间控制波形是对称的。因此，通过在电流下降步骤P3的热输入的量的减少消除了在电流升高步骤P2的热输入的量的增加。

参考图3至6，以下描述通过传送具有如图2中所示的控制波形的焊接电流所展示的焊接行为。在焊接电极11和工件1和2的两端施加电压时，允许焊接电流在它们之间通过。然后，在焊接电极11和工件1和2之间产生电弧。由电弧产生的大量的热熔化了工件1和2的头部。

在这种情形下，如图3所示，当工件1和2的头部彼此间隔开时，焊接电流I1在焊接电极11和工件1之间被传送，而焊接电流I2在焊接电极11和工件2之间被传送。从而，焊接电流I1和焊接电流I2分别产生磁场B1和B2，并还分别产生电磁力Fe1和Fe2。

因而，如图4所示，在初始恒定电流步骤P1，在熔化部分1a和2a彼此离开的方向上，排斥力Fr1和Fr2将分别作用在熔化部分1a和2a上。换句话说，在从一个工件离开的方向上，排斥力作用在另一个工件的熔化部分上。在这种情形下，由于表面张力的作用，熔化部分1a和2a将分别留在工件1和2上。

图4示出了在工件1和2上分别形成熔化部分1a和2a的状态。然而，这种熔化部分有时可在仅一个工件上形成。例如，在仅一个工件上形成熔化部分的原因可能是在工件1和2的头部之间有竖直台阶。

如图5所示，由于与恒定电流步骤P1相比在电流升高步骤P2焊接电流升高，电磁力增加。因此，分别作用在熔化部分1a和2a上的排斥力Fr1和Fr2也增加。因而，熔化部分1a和2a移动以彼此离开。换句话说，一个工件上的熔化部分移动以从另一个工件离开。

如果分别作用在熔化部分1a和2a上的排斥力Fr1和Fr2过度大，熔化部分1a和2a将会克服表面张力的作用并会从工件1和2滴落。因此，焊接电流被设置在产生允许熔化部分1a和2a通过表面张力的作用分别留在工件1和2上的排斥力Fr1和Fr2的水平。

如图6所示，由于与电流升高步骤P2相比在电流下降步骤P3焊接电流降低，电磁力减小。因此，分别作用在熔化部分1a和2a上的排斥力Fr1和Fr2也减小。

因而，熔化部分1a和2a在彼此靠近的方向上移动并由此在允许它们彼此接近的方向上惯性力Fi1和Fi2分别作用在熔化部分1a和2a上。换句话说，惯性力Fi1作用在工件1上的熔化部分1a上以在接近工件2的方向上移动熔化部分1a。类似地，惯性力Fi2作用在工件2上的熔化部分2a上以在接近工件1的方向上移动熔化部分2a。

结果，如图7所示，熔化部分1a和2a形成跨越工件1和2的桥接。特别地，当熔化部分1a和2a分别在工件1和2两者上形成时，熔化部分1a和2a将彼此粘着并彼此融合。当在仅一个工件上形成熔化部分时，熔化部分粘着到在另一个工件上的工件。

如果分别作用在熔化部分1a和2a上的惯性力Fi1和Fi2过度大，熔化部分1a和2a将进行超过表面张力的作用的移动并会从工件1和2滴落。因此，焊接电流被设置在产生允许熔化部分1a和2a通过表面张力的作用分别留在工件1和2上的惯性力Fi1和Fi2的水平。

在熔化部分1a和2a将工件1和2桥接后，排斥力Fr1和Fr2将不再产生。因此，当第二恒定电流步骤P1被执行以恢复焊接电流时，通过熔化部分1a和2a桥接两个工件1和2的状态被维持为如图7所示那样。

以这种方式，两个工件1和2通过熔化部分1a和2a桥接并且因此工件1和2被彼此接合。因此，分离熔化的发生被最小化。

如将从之前的描述理解的，本实施例中焊接电流被改变以在熔化部分1a和2a中引起摆动。通过摆动，熔化部分1a和2a形成跨越工件1和2的桥接。

在本实施例中，由于工件1和2均由无氧铜形成，熔化部分1a和2a的表面张力比较强。熔化部分1a和2a的强的表面张力很难允许熔化部分1a和2a摆动。

据此，在本实施例的电流升高步骤P2和电流下降步骤P3，控制波形被成形为矩形波以确保焊接电流的急剧改变。因此，分别作用在熔化部分1a和2a上的排斥力Fr1和Fr2被大大改变以可靠地引起熔化部分1a和2a的摆动。

在本实施例的电流升高步骤骤P2和电流下降步骤P3(电流改变控制C2和C3)，焊接电流被减小使得两个工件中的至少一个工件的熔化部分朝向另一个工件移动以粘着到另一个工件的熔化部分或粘着到另一个工件本身。

从而，两个工件1和2通过(多个)熔化部分被桥接以使得分离熔化的发生最小化。

在本实施例中，电流改变步骤P2和P3(电流改变控制C2和C3)包括增加焊接电流的电流升高步骤P2(电流升高控制C2)以及跟随电流升高步骤P2(电流升高控制C2)并降低焊接电流的电流下降步骤P3(电流下降控制C3)。

从而，由于焊接电流大大降低，确保工件1和2中的至少一个的熔化部分朝向另一个工件可靠地移动。

在本实施例中，焊接电流，在电流下降步骤P3(电流下降控制C3)被降低之后，被恢复至执行电流升高步骤P2(电流升高控制C2)之前的水平。

因此，通过在电流下降步骤P3(电流下降控制C3)伴随着焊接电流的下降的热输入的量的减少，在电流升高步骤P2(电流升高控制C2)伴随着焊接电流的升高的热输入的量的增加可被尽可能大地消除。因此，使得热输入的量与在传送恒定直流的情形下的热输入相等。

在本实施例的电流改变步骤P2和P3(电流改变控制C2和C3)，焊接电流被改变使得熔化部分1a和2a可以通过表面张力的作用分别留在工件1和2上。

因而，熔化部分1a和2a被阻止进行超过表面张力的作用的移动并从而被阻止从工件1和2滴落。

在本实施例的电流改变步骤P2和P3(电流改变控制C2和C3)，焊接电流的波形被成形为矩形波。

因此，焊接电流可被急剧地改变，并且因此两个工件1和2中的至少一个的熔化部分可以可靠地朝工件1和2中的另一个移动。例如，当工件1和2是金属(其能够强化熔化部分1a和2a的表面张力)时，产生矩形波是有效的。

(第二实施例)

现在参考图8，描述本公开的第二实施例。图8是电流波形图，示出了根据第二实施例由电弧焊接设备针对焊接电流生成的控制波形。

在上述的第一实施例中，电流升高步骤P2和电流下降步骤P3执行一次。然而，如图8中所示，电流升高步骤P2和电流下降步骤P3在第二实施例中被重复执行多次。

当电流升高步骤P2(电流升高控制C2)和电流下降步骤P3(电流下降控制C3)执行一次时，熔化部分1a和2a不一定桥接两个工件1和2。然而，通过重复执行电流升高步骤P2(电流升高控制C2)和电流下降步骤P3(电流下降控制C3)，熔化部分1a和2a能够可靠地桥接两个工件1和2。从而，分离熔化的发生被可靠地最小化。

(第三实施例)

参考图9，描述本公开的第三实施例。图9是电流波形图，示出了根据第三实施例由电弧焊接设备针对焊接电流生成的控制波形。

在上述的第一实施例中，在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3焊接电流的控制波形被成形为矩形波。然而，在第三实施例中，如图9所述，在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3焊接电流的控制波形被成形为三角波。

在本实施例中，工件1和2均由工业纯铜形成。当工件1和2均由工业纯铜形成时，与工件1和2均由无氧铜形成的情形相比，熔化部分1a和2a中的表面张力是弱的。

弱的表面张力容易允许熔化部分1a和2a在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3摆动。因此，存在熔化部分1a和2a可能进行超过表面张力的作用的移动以由此分别从基体材料1和2滴落的高度可能性。

据此，在本实施例中，控制波形在电流升高步骤P2(电流升高控制C2)和电流下降步骤P3(电流下降控制C3)被成形为三角波。因此，与控制波形被成形为矩形波的情形相比，焊接电流的变化减轻。以这种方式，作用在熔化部分1a和2a上的排斥力Fr1和Fr2分别被适当地最小化，并且从而熔化部分1a和2a的摆动被适当地最小化。

类似于第二实施例，在本实施例中也通过重复执行电流升高步骤P2和电流下降步骤P3多次来可靠地最小化分离熔化的发生。

(其它实施例)

前述的实施例可被充分地组合。另外，前述的实施例可被以多种方式修改，例如，如下面提供的。

(1)前述的实施例涉及其中本公开应用于TIG焊接的示例。然而，本公开可应用于非熔解电极型电弧焊接，例如等离子体焊接。

(2)前述的实施例涉及其中本公开应用于用于SC(分段导体)交流发电机的铜线圈之间的焊接。然而，本公开可例如应用于诸如交流发电机或启动器的铜端子和引线之间的焊接。

特别地，在前述的实施例中，两个工件1和2都是SC(分段导体)交流发电机的铜线圈。然而，两个工件1和2并不限于这些铜线圈。例如，工件1和2中的一个可以是诸如交流发电机或启动器的铜端子，并且工件1和2中的另一个可以是诸如交流发电机或启动器的引线。

(3)在前述的实施例中，在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3焊接电流的控制波形被成形为矩形波或三角波。然而，在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3焊接电流的控制波形可被以多种方式改变。例如，在电流升高步骤P2和电流下降步骤P3焊接电流的控制波形可以被成形为正弦波。

Claims (12)

1.一种用于执行电弧焊接的方法，包括以下步骤：

准备两个工件，每个工件具有相对于竖直方向位于其上端的上部部分，两个工件的两个上部部分在垂直于竖直方向的水平方向上相互抵靠；

准备焊接电极，其是非熔解型电极，用于对两个工件执行电弧焊接，该焊接电极被设置为面向两个工件；

给焊接电极施加焊接电流以使两个工件被焊接；

执行恒定电流步骤以使焊接电流基本恒定；以及

在恒定电流步骤之后，执行电流改变步骤以改变将被减小的焊接电流的量以便使包括在两个工件中的至少一个工件的上部部分中的熔化部分向着另一个工件移动以粘着到另一个工件的熔化部分或粘着到另一个工件本身，

其中，电流改变步骤包括升高焊接电流的量的电流升高步骤和降低焊接电流的量的电流下降步骤，电流下降步骤在电流升高步骤之后执行，

其中焊接电流的量在电流下降步骤被降低之后，被恢复至执行电流升高步骤之前的水平。

2.根据权利要求1的方法，其中：

电流升高步骤中的焊接电流的量比恒定电流步骤的焊接电流的量高，并且电流下降步骤中的焊接电流的量比恒定电流步骤的焊接电流的量低。

3.根据权利要求1和2中任一项的方法，其中在电流改变步骤中焊接电流的量被改变，使得熔化部分由于表面张力的作用分别留在两个工件上。

4.根据权利要求1和2中任一项的方法，其中焊接电流的波形在电流改变步骤中被成形为矩形波。

5.根据权利要求1和2中任一项的方法，其中焊接电流的波形在电流改变步骤中被成形为三角波。

6.根据权利要求1和2中任一项的方法，其中电流改变步骤被重复执行多次。

7.一种用于执行电弧焊接的设备，包括：

非熔解型焊接电极；

焊接电源，其为非熔解型焊接电极提供焊接电流以使两个工件被焊接；以及

控制单元，其控制焊接电流，其中两个工件的每一个具有包括将被焊接的熔化部分的一部分，两个工件的部分互相抵靠，

控制单元将焊接电流的量控制为基本恒定，并且随后改变将被减小的焊接电流的量以使两个工件中的至少一个工件的熔化部分向着另一个工件移动以粘着到另一个工件的熔化部分或粘着到另一个工件本身，以及

控制单元控制焊接电流的量被升高并且随后被降低，

其中在控制焊接电流的量被降低之后，控制单元控制焊接电流的量被恢复至在控制焊接电流升高之前的水平。

8.根据权利要求7的设备，其中

控制单元将焊接电流的量控制为比当被控制为基本上恒定时的焊接电流的量高，并且将焊接电流的量控制为比当被控制为基本上恒定时的焊接电流的量低。

9.根据权利要求7和8中任一项的设备，其中控制单元控制焊接电流的量使得熔化部分由于表面张力的作用分别留在两个工件上。

10.根据权利要求7和8中任一项的设备，其中控制单元控制焊接电流的波形被成形为矩形波。

11.根据权利要求7和8中任一项的设备，其中控制单元控制焊接电流的波形被成形为三角波。

12.根据权利要求7和8中任一项的设备，其中控制单元重复多次控制焊接电流的量被升高并且随后被降低。