CN104254424B - 用于启动埋弧焊接过程的方法和焊接装置 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括电弧点火阶段(IP)、电弧稳定化阶段(AP)和稳定电弧阶段(SP)。电弧稳定化阶段包括初始子阶段(IS)和主要子阶段(MS)，所述初始子阶段包括以恒定进给速度进给至少一个热丝(4、12)的步骤，所述主要子阶段包括以恒定进给速度进给所述热丝和以恒定进给速度进给至少一个冷丝(22)的步骤。稳定电弧阶段包括连续地调节热丝的进给速度和连续地调节冷丝的进给速度的步骤。本发明也涉及一种用于执行所述方法的焊接装置(1)。焊接装置包括热丝进给装置(150)、接触装置(2)、冷丝进给装置(35)和控制单元(31)。控制单元适合于控制所述热丝进给装置以在初始子阶段期间以恒定进给速度进给热丝，在主要子阶段期间以恒定进给速度进给热丝，并且在稳定电弧阶段期间连续地调节热丝的进给速度。控制单元适合于控制所述冷丝进给装置以在主要子阶段期间以恒定进给速度进给冷丝，并且在稳定电弧阶段期间连续地调节冷丝进给速度。

Description

用于启动埋弧焊接过程的方法和焊接装置
技术领域
本发明涉及一种用于启动埋弧焊接过程的方法。所述方法包括电弧点火阶段、电弧稳定化阶段和稳定电弧阶段。
本发明也涉及一种用于执行根据本发明的方法的焊接装置。所述焊接装置包括用于朝着工件进给至少一个热丝的热丝进给装置，用于将电流传递到所述热丝以便电弧生成的接触装置，用于朝着所述工件进给至少一个冷丝的冷丝进给装置，以及控制单元，所述控制单元适合于在电弧点火阶段、电弧稳定化阶段和稳定电弧阶段期间控制所述热丝进给装置和冷丝进给装置。
背景技术
使用可消耗电极将焊接电流传导通过工件是已知的。焊接电流形成可消耗电极与工件之间的电弧以产生工件上的焊池。该类型的可消耗电极在本说明书中各处称为热丝。
埋弧焊接(SAW)是特征在于高生产率和质量的焊接方法，常常用于更厚材料中的更长焊缝。埋弧焊接的特征在于熔融材料和电弧被保护在粉状焊剂层之下。焊剂在该过程期间部分地熔化，因此产生焊剂池上的熔渣的保护层。
为了用埋弧焊接获得最高可能生产率，人们努力增加焊接速度和最高可能沉积速率，即焊接金属沉积到工件表面上的速率。同时，热输入将保持在保留被焊接母体材料的机械性质的水平并且焊接将具有一定水平的机械性质。
增加沉积速率的一种方式是使用多个热丝来产生单熔池。通常使用2-3个热丝，然而高达6个热丝的使用是已知的。在单熔池中使用多于一个热丝增加沉积速率并且因此改善焊接的经济性。由于能够为前热丝和后热丝分配不同的任务，也能够改善焊接质量。
改善沉积速率的另一方式是增加熔化而不形成电弧的一个或多个电极。这些电极在该说明书中各处称为冷丝。冷丝朝着紧邻一个或多个热丝的熔融焊池进给。通过电阻加热以及通过由热丝生成的热熔化冷丝。
将冷丝材料引入熔池中可以导致焊接合金的成分的改善控制，这可以导致改善焊接。优选的是将冷丝引入由热丝生成的电弧的附近并且优选地引入所述电弧中(更加优选地引入由多个热丝生成的电弧的附近或所述电弧中)。冷丝增加沉积速率而不增加热输出。将冷丝材料进给到熔池中可以导致高达100％的生产率的增加，并且优化焊接参数。
期望在焊接过程的开始时尽可能快速地产生稳定的电弧。在焊接过程的开始时的不稳定电弧的存在可能导致焊接缺陷，例如被焊接物体中的不良机械性质和夹杂、溅泼。不稳定电弧的存在也可能导致减小的熔化速率，并且因此，热丝可能撞击熔池的底部。很可能的结果是热丝的弯曲和焊接头的移位。不稳定焊接启动也可能导致电弧突出到焊剂覆盖层之外，这会损伤焊工的眼睛。
当在焊接过程中使用冷丝时不稳定电弧是常见问题，原因是冷丝倾向于增加焊接过程不稳定性。冷丝的不充分熔化可能导致它穿过熔池撞击母体材料。这可能导致焊接缺陷和未熔融冷丝材料夹杂在焊接金属中以及冷丝的压曲和焊接设备的摇摆。
稳定电弧的延迟建立是涉及多个热丝的焊接过程(其中许多电弧同时燃起)中的特别常见的问题。在双设置中尤其如此，其中两个热丝连接到公共电源。而且，冷丝夹杂在两个热丝之间增加所述热丝之间的距离，这使热丝更加难以产生稳定电弧。
US 2006/0016792 A1解决了稳定电弧生成的问题。焊丝以试行(run-in)速度递送到焊接区域。在检测到初始电弧之后丝进给速度被调节到最小值并持续预定时期(例如大约50ms)。其后，丝进给速度被设定为相对稳定进给速度以便焊接。
在US 2006/0016792 A1中提出的解决方案是复杂的，并未解决冷丝的失稳效应的问题，而且并不涉及SAW。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种用于启动包括一个或多个冷丝的埋弧焊接过程的方法，所述方法在焊接过程的开始时已经保证高焊接质量。
本发明的第二目的是提供一种用于执行所述方法的焊接装置。
在另一阶段之前的阶段不一定紧接那个阶段之前。其它阶段可以在这两个阶段之间被执行。在另一阶段之后或跟随另一阶段的阶段不一定紧跟那个阶段之后。其它阶段可以在这两个阶段之间被执行。一个阶段可以包括任何数量的子阶段。
在该说明书各处对焊接参数进行引用。焊接参数是对焊接过程具有直接影响的参数。焊接参数的例子是焊接电流、电弧电压、焊接速度、热丝进给速度和冷丝进给速度。
彼此相关或依赖的焊接参数是直接地或间接地彼此影响的焊接参数。取决于另一焊接参数确定的焊接参数可以从所述另一焊接参数的被测量值或从与所述另一焊接参数相关的焊接参数的被测量值被确定。
活性焊接参数是在焊接期间响应焊接条件的变化手动地或自动地调节的焊接参数。活性焊接参数可以通过其它活性焊接参数的调节而直接地或间接地调节，以将一个或多个非活性焊接参数保持在基本恒定水平。
焊接条件是影响焊接过程的因素。焊接条件的例子是工件的形状和材料性质。
本发明的第一目的用独立权利要求1中限定的方法实现。
根据本发明的用于启动埋弧焊接过程的方法按照以下顺序包括：包括产生电弧的步骤的电弧点火阶段，电弧稳定化阶段以及随后的稳定电弧阶段。电弧稳定化阶段包括至少一个初始子阶段和至少一个主要子阶段。初始子阶段包括以恒定进给速度朝着工件进给至少一个热丝的步骤。主要子阶段包括以恒定进给速度朝着所述工件进给所述热丝的步骤和以恒定进给速度朝着所述工件进给至少一个冷丝的步骤。稳定电弧阶段包括至少取决于传递通过所述热丝的焊接电流连续地调节所述热丝的进给速度的步骤和取决于所述稳定电弧阶段的至少一个热丝进给速度连续地调节所述冷丝的进给速度的步骤。
在电弧点火阶段点火电弧。当检测到所述电弧时点火阶段结束并且电弧稳定化阶段开始。在电弧稳定化阶段期间稳定电弧。电弧稳定化阶段可以具有预定长度或者当已检测到稳定电弧时可以自动地终止电弧稳定化阶段。当焊接装置的使用者检测到稳定的电弧或者当焊接装置通知所述使用者已检测到稳定的电弧时也可以手动地终止电弧稳定化阶段。电弧稳定化阶段的结束标志着稳定电弧阶段的开始。此时稳定电弧存在于热丝和工件之间并且可以以最佳结果执行焊接。
焊接启动也可以分成在一些实施例中由一个或多个启动阶段分离的电弧点火阶段(与电弧稳定化阶段之前的点火阶段相同)和焊接阶段。主要在焊接阶段期间对工件执行焊接。在其中焊接阶段紧跟点火阶段之后的实施例中，电弧稳定化阶段和焊接阶段同时开始。也就是说，几乎从焊接过程开始时、甚至在已生成稳定电弧之前执行焊接。在其中点火阶段和焊接阶段由一个或多个启动阶段分离的实施例中，电弧稳定化阶段与第一启动阶段同时开始。
包括启动阶段以增加当焊接阶段开始时存在稳定电弧的可能性(在启动阶段期间执行的焊接可以在引弧板/熄弧板上执行)。在这些实施例中，电弧稳定化阶段可以在焊接阶段的开始之前、同时或之后结束。电弧稳定化阶段的每个子阶段(最后子阶段可能除外)与相应的启动阶段同时开始和结束。电弧稳定化阶段可以具有与启动阶段的组合长度相同的长度，在该情况下子阶段的数量等于启动阶段的数量。然而，电弧稳定化阶段也可以延续到随后的焊接阶段中，在该情况下可以有涵盖最后启动阶段的结束和焊接阶段的开始之间的时期的附加、最后子阶段。也可能将最后主要子阶段延续到焊接阶段的开始。电弧稳定化阶段也可以在最后启动阶段的结束之前结束，在该情况下最后主要子阶段在最后启动阶段的结束之前结束。
在稳定电弧阶段期间执行的焊接过程是恒定安培数(CA)焊接过程。CA焊接过程是这样的过程，其中电弧电压水平保持恒定并且通过热丝传递的焊接电流的安培数水平通过热丝进给速度的调节保持在指定水平。安培数水平与热丝端部和工件之间的距离相关。热丝进给速度增加将导致焊接电流增加并且热丝进给速度减小将导致焊接电流减小。诸如由工件表面不平整导致的突出变化、焊接过程或接头配置的变化的干扰有时改变热丝端部和工件之间的距离，并且因此改变安培数水平。然而，安培数水平可以保持在设定水平，即，在安培数水平的变化之后安培数水平通过热丝进给速度的自动调节恢复到其先前值。CA焊接过程具有若干优点。例如，指定安培数水平的保持保证热输入和穿透在整个焊接过程期间保持基本恒定。
已发现自调节CA焊接过程不适合在电弧稳定化阶段期间使用。突然电流变化在电弧稳定化阶段是常见的，而响应所述变化自动执行的热丝进给速度的相应调节相比而言较慢并且可能对电弧稳定过程具有负面影响。
该问题的解决方案是至少在电弧稳定化阶段的一个初始子阶段和一个主要子阶段期间以恒定进给速度(CW)进给热丝，并且至少在电弧稳定化阶段的一个主要子阶段期间以恒定进给速度(CW)进给冷丝。也就是说，在电弧稳定化阶段期间使自调节CA焊接过程非活性。该解决方案解决自调节CA过程对电弧稳定化阶段具有负面影响的上述问题。CW焊接过程保证稳定电弧的快速生成。当电弧稳定过程进入稳定电弧阶段时激活自调节CA焊接过程。该解决方案与CA焊接装置相容，其中在电弧稳定化阶段期间关闭自调节丝进给速度控制。
如上所述，一个或多个冷丝存在于热丝的附近使得更加难以在热丝和工件之间生成稳定电弧。
该问题的一个解决方案是至少在电弧稳定化阶段的一个子阶段期间以恒定进给(CW)速度进给冷丝。恒定冷丝进给速度对电弧稳定过程具有不太负面的影响。
与上述解决方案相容的另一解决方案是保证至少在电弧稳定化阶段的开始期间最小化或消除冷丝的负面影响。这通过保证冷丝至少在电弧稳定化阶段的初始子阶段期间不到达熔池或至少不以冷丝可能对电弧稳定过程具有(明显)负面影响的进给速度到达熔池而实现。优选地，在朝着工件的方向上的冷丝进给速度在所述初始子阶段期间保持等于或低于9cm/min。更优选地，冷丝在所述初始子阶段期间保持静止(不向前进给)。
因此，根据本发明的方法从焊接过程开始时、也在焊接装置布置成朝着工件进给一个或多个冷丝时保证稳定电弧的快速生成，并且因此保证良好的焊接质量。
有利地，取决于至少一个相应的热丝进给速度确定冷丝的进给速度，即，取决于子阶段的至少一个热丝进给速度确定所述子阶段的冷丝进给速度，从而保证冷丝采用适合于当前熔化速率的进给速度。附加焊接参数可以用于确定合适的冷丝进给速度。
热丝的进给速度以及冷丝的进给速度可以从一个子阶段到另一子阶段变化，只要它们在整个所述子阶段期间保持恒定。
“稳定电弧阶段焊接电流”是重复出现的术语。稳定电弧阶段焊接电流被限定为在与焊接阶段重合的稳定电弧阶段的部分期间保持的焊接电流。稳定电弧阶段的所述部分可以构成整个稳定电弧阶段。
另一重复出现的术语是“热丝的预期稳定电弧阶段进给速度”。热丝的预期稳定电弧阶段进给速度或预期稳定电弧阶段热丝进给速度被限定为对应于稳定电弧阶段焊接电流的热丝进给速度，也就是在预定一组焊接条件下将稳定电弧阶段焊接电流保持在其设定水平所需的进给速度。应当注意实际热丝进给速度可以在稳定电弧阶段期间变化，而预期稳定电弧阶段热丝进给速度是仅仅用于确定适合于电弧稳定化阶段的丝进给速度的预定值。
在一些实施例中，期望尽可能早地并且最优选地紧跟电弧点火阶段之后、与电弧稳定化阶段同时开始焊接阶段。在该实施例中，有利地，热丝的进给速度在整个电弧稳定化阶段期间保持恒定，并且更加有利地保持在热丝的预期稳定电弧阶段进给速度的80-95％范围内的水平。该解决方案保证在电弧稳定化阶段期间产生的焊接具有高质量并且尽可能快速地和平滑地执行从电弧稳定化阶段过渡到稳定电弧阶段(在电弧稳定化阶段结束时的热丝进给速度的大幅增加或减小可能导致电弧变得不稳定)。
在其它实施例中，可能有利的是通过在点火阶段和焊接阶段之间执行一个或多个、通常两个启动阶段延迟焊接阶段的开始。引入启动阶段以保证在焊接阶段开始时存在稳定电弧。每个子阶段(最后子阶段可能除外)与相应的启动阶段同时开始和结束。
热丝的进给速度可以在至少两个不同子阶段之间变化。例如，每当电弧稳定过程进入新子阶段时可以增加热丝进给速度。这是有利的，原因在于通常更容易以低热丝进给速度建立稳定电弧，并且期望施加接近稳定电弧阶段的预期热丝进给速度的最后子阶段期间的热丝进给速度，从而保证从电弧稳定化阶段平滑过渡到稳定电弧阶段。然而，有这样的实施例，其中稳定电弧阶段的预期热丝进给速度太低以致于不适合稳定电弧的生成。在这些实施例中，有利地，热丝进给速度在电弧稳定化阶段期间逐渐减小，从适合于稳定电弧生成的初始子阶段期间的高初始进给速度值减小到最后子阶段期间的低进给速度。
当然，热丝进给速度在电弧稳定化阶段期间不一定逐渐增加或减小。热丝也可以在两个或更多个子阶段期间以相同的恒定进给速度向前进给并且在附加子阶段期间以不同的恒定进给速度进给。
有利地，在初始启动阶段期间冷丝进给速度明显低于相应的热丝进给速度，从而便于在电弧稳定过程的早期生成稳定电弧。更有利地，冷丝在初始启动阶段期间保持静止。其后，可以至少取决于至少一个热丝的进给速度确定冷丝进给速度，即，当热丝进给速度增加时冷丝进给速度增加，当热丝进给速度减小时冷丝进给速度减小。
应当注意电弧稳定化阶段可以包括任何数量的初始和主要子阶段。
可以以多种方式确定电弧稳定化阶段期间的热丝的合适进给速度值。在一个实施例中，在没有启动阶段的情况下，使用者输入将在稳定电弧阶段期间保持的焊接电流。该焊接电流被称为稳定电弧阶段焊接电流。控制单元使用该信息和可能其它指定焊接参数(例如，电弧电压和丝行进速度)以及预定值表来确定将在电弧稳定化阶段期间施加的热丝进给速度。该热丝进给速度有利地在对应于所述稳定电弧阶段焊接电流的预期稳定电弧阶段热丝进给速度的80-95％范围内。
其它实施例可以包括启动阶段，其中每个启动阶段对应于电弧稳定化阶段的子阶段。在本文中，使用者可以输入与特定启动阶段相关的一个或多个焊接参数值以及将在稳定电弧阶段期间保持的稳定电弧阶段焊接电流水平，和可能其它焊接参数值，并且控制单元使用该信息和预定值表来确定用于所述启动阶段的合适热丝进给速度。每个启动阶段对应于子阶段，因此用于启动阶段的合适热丝进给速度也是用于相应子阶段的合适热丝进给速度。合适的焊接参数的例子是焊接电流、电弧电压以及热丝和冷丝的行进速度(应当注意多数CA焊接装置不允许使用者输入热丝进给速度)。
电弧稳定化阶段在一些实施例中可以在最后启动阶段的结束之后结束。用于最后启动阶段的结束和焊接电弧阶段(也称为最后子阶段)的开始之间的时期的合适热丝进给速度如上面参考没有启动阶段的实施例所述被确定。
电弧稳定化阶段也可以在最后启动阶段的结束之前结束。用于电弧稳定化阶段的结束和最后启动阶段的结束之间的时期的合适热丝进给速度可以由控制单元使用稳定电弧阶段焊接电流、预定值表、专用于最后启动阶段的焊接参数和由使用者输入的可能其它焊接参数来确定。
技术人员认识到有许多替代方式来确定用于电弧稳定化阶段的合适冷丝和热丝进给速度并且由权利要求提供的保护范围涵盖所述替代方式。
有利地，子阶段期间的热丝的进给速度在所述热丝的预期稳定电弧阶段进给速度的0-200％范围内，并且所述子阶段期间的冷丝的进给速度在所述子阶段期间的所述热丝的进给速度的0-100％范围内。
如上所述，存在这样的情况，在所述情况下热丝可以采用高于所述热丝的预期稳定电弧阶段进给速度的电弧稳定化阶段期间的进给速度。冷丝也可能采用高于电弧稳定化阶段期间的相应热丝进给速度的进给速度。然而，通常有利的是热丝采用在预期稳定电弧阶段热丝进给速度的0-100％范围内的子阶段期间的进给速度。已发现长电弧更容易稳定。增加电弧的长度的一种方式是减小热丝进给速度。因此，热丝的进给速度有利地设定在低于所述热丝的预期稳定电弧阶段进给速度的值。低进给速度也具有减小烧尽热丝的风险的有益效果，当电弧被点火并且高电流被传递通过热丝时会发生所述风险。如果焊接电流被设定为较低值则在电弧稳定化阶段期间发生该情况的风险减小。将低进给速度施加到热丝的又一原因是减小热丝撞击熔池的底部的风险。不一致的焊接启动可能导致减小的焊接速率和热丝端部与工件之间的距离的减小。在更糟糕的情况下，热丝可能与工件接触。热丝的减小进给速度使发生该情况的风险减小。
有利的是，在最后子阶段期间热丝采用在热丝的预期稳定电弧阶段进给速度的80-95％范围内的进给速度，从而便于从电弧稳定化阶段平滑过渡到稳定电弧阶段并且也可能保证最后子阶段期间的良好焊接质量。该范围内的热丝进给速度也保证焊接电流将在稳定电弧阶段开始时足够高以产生良好焊接。
有利地，子阶段期间的冷丝的恒定进给速度在所述子阶段期间的热丝的恒定进给速度的0-200％范围内并且更有利地在0-100％范围内。有利地，至少在最后子阶段期间，冷丝进给速度在所述热丝的恒定进给速度的70-90％范围内。然而，冷丝可以在更早的子阶段期间采用更低的进给速度，例如相应热丝进给速度的10-60％范围内。当然，冷丝进给速度至少在第一子阶段期间有利地低于9cm/min并且更加优选地为0cm/min。
只要没有稳定电弧存在于冷丝的附近，冷丝的熔化速率将保持较低。所以，有利的是，冷丝的进给速度设定为低于当存在稳定电弧时适合的水平，从而保证冷丝不会撞击熔池的底部。然而，与热丝一样，有利的是，当电弧稳定过程进入稳定电弧阶段时的冷丝进给速度的调节较小，尤其是考虑到冷丝进给速度通常不与热丝进给速度同样快速地增加。
有利地，电弧稳定化阶段具有预定长度。这消除对稳定电弧检测装置的需要并且焊接装置变得更简单和比较便宜。有利地，电弧稳定化阶段具有在1-6秒范围内并且优选地在1-3秒范围内的预定长度。
有利地，当热丝进给速度在整个电弧稳定化阶段期间保持恒定时，冷丝进给速度在电弧稳定化阶段的第一部分期间保持等于或低于9cm/min，所述第一部分优选地具有在0.5-5秒范围内并且更优选地在2-3秒范围内的预定长度。也就是说，有利地，初始子阶段的长度(或多个初始子阶段的组合长度)在0.5-5秒的范围内并且更优选地在2-3秒的范围内。
当热丝进给速度在整个电弧稳定化阶段期间不保持恒定时，当它从一个子阶段到另一子阶段变化时，则初始子阶段的长度或多个初始子阶段的组合长度优选地在0.5-5秒范围内并且更优选地在1.5-2.5秒范围内。
本发明不限于上面限定的范围。例如，电弧稳定化阶段的长度可以短至0.1秒，在该情况下相应地调节(一个或多个)初始子阶段的长度。电弧稳定化阶段的长度也可以长于6秒。(一个或多个)初始子阶段的长度可以短于0.5秒和长于5秒。
有利地，当在焊接过程中包括一个或多个启动阶段时，初始子阶段的长度(或多个初始子阶段的组合长度)短于主要子阶段的长度(或多个主要子阶段的组合长度)。
能够提供具有某种类型的电弧检测装置的焊接装置，所述电弧检测装置检测稳定电弧的存在并且将指示稳定电弧的存在的信息发送到执行从CW到CA的切换的控制单元。该解决方案保证电弧稳定化阶段保持尽可能短并且同时保证在已产生稳定电弧之前不过早地执行切换到CA。
该方法有利地包括朝着工件进给至少一个附加热丝、同时将焊接电流传递到所述附加热丝以便电弧生成的步骤。有利地，如上所述调节附加热丝的进给速度。
有利地，该方法包括点火至少一个附加热丝和工件之间的电弧的步骤。有利地，初始和注意子阶段全部包括以恒定进给速度朝着工件进给所述至少一个附加热丝的步骤，其中一个子阶段的恒定进给速度可以与另一子阶段的恒定进给速度相同或不同。有利地，稳定电弧阶段包括至少取决于传递通过所述热丝的焊接电流连续地调节所述至少一个附加热丝的进给速度的步骤。
将一个或多个附加热丝包含到焊接过程中是增加沉积速率的手段。使用该布置，也能够将不同任务分配给热丝。然而，将多个热丝布置在冷丝的附近也可能导致在电弧稳定化阶段期间同时燃起多个火花。该问题在双设置中特别常见，其中两个丝连接到一个电源。多个火花的存在使电弧难以稳定，并且如果没有稳定电弧在原位熔化冷丝，则冷丝可能撞击板并且弯曲，导致焊接设备摇摆。因此，当焊接过程包括一个或多个热丝时保证稳定电弧的生成变得更加重要。这用根据本发明的方法和焊接装置实现。
有利地，电弧稳定化阶段期间的冷丝的进给速度取决于单热丝的进给速度。这允许简单和比较便宜的解决方案。然而，也能够取决于多于一个热丝的进给速度、例如多个热丝进给速度的平均值确定冷丝的进给速度。
在稳定电弧阶段期间，可以取决于一个或多个热丝的(一个或多个)进给速度确定冷丝的进给速度。例如，在这样的布置中，其中两个或更多个热丝沿着在焊接方向(焊接装置的移动方向)上延伸的轴线彼此相距一定距离定位，并且热丝被分配不同任务，其中前热丝(在焊接的方向上看首先定位)用于控制穿透的程度并且后热丝(在焊接的方向上看定位在前热丝的后面)用于控制焊道外观、轮廓和填充，冷丝的进给速度有利地与后热丝中的一个或多个的进给速度(例如，多个后热丝进给速度的平均值)相关。在替代实施例中，冷丝的进给速度可以与前热丝的进给速度或前和后热丝的进给速度的平均值相关。布置并且将一个或多个冷丝的进给速度与一个或多个热丝相关的附加方式是可能的。例如，在其中两个或更多个热丝连接到相同电源的双焊接中，热丝通常被认为是单热丝并且冷丝的进给速度可以与单热丝的进给速度相关。
用于稳定电弧阶段期间的热丝和冷丝进给速度的连续调节其它合适方法在PCT/EP2012/003461中被描述，上述申请的内容通过引用合并于此。
冷丝的进给速度也可以与附加焊接参数、例如电弧电压和焊头行进速度相关。
应当注意冷丝的进给速度可以与一个或多个热丝进给速度间接地相关。当冷丝的进给速度与活性焊接参数相关、所述活性焊接参数又与(一个或多个)所述热丝的进给速度直接地或间接地相关时就是这种情况。
在一些实施例中，至少一个主要子阶段包括以恒定进给速度朝着工件进给至少一个附加冷丝的步骤，并且稳定电弧阶段包括取决于至少一个热丝进给速度连续地调节所述至少一个附加冷丝的进给速度的步骤。使用多于一个冷丝的一个优点是增加沉积速率。
可以如上所述调节这些附加冷丝的进给速度。也可能一个冷丝采用另一冷丝的进给速度。可以取决于相同焊接参数或不同焊接参数确定多于一个冷丝的进给速度。
有利地，尽可能快速地并且优选或多或少即时地执行电弧稳定化阶段期间的冷丝进给速度的增加或减小，从而最小化冷丝对电弧稳定过程的负面影响，并且在一些实施例中，确保可以尽可能早地以最佳可能结果执行焊接。
在焊接装置允许的情况下尽可能快速地执行即时调节。
尽可能快速地执行电弧稳定化阶段期间的热丝和冷丝进给速度调节。优选地，丝在100ms内并且更优选地在10ms内达到其新进给速度。丝达到其目标进给速度所需的时间取决于若干参数，例如丝的直径和布置成驱动丝进给装置的马达的类型。然而，丝可以在子阶段的开始和/或结束时短时期具有不同于所述子阶段的否则恒定的进给速度的进给速度。在该说明书中，如果在子阶段的一开始和/或结束时调节丝的进给速度，则所述丝被认为在整个所述子阶段期间以恒定进给速度进给。
在热丝进给速度的调节之后电弧可能变得不稳定。这可能导致暂时减小的熔化速率。在稳定电弧阶段期间，有利的是冷丝进给速度以低于热丝进给速度的相应增加速率的速率增加。这将保证冷丝不会由于暂时减小的熔化速率而撞击焊池的底部。保证冷丝进给速度在稳定电弧阶段期间不会太快地增加的一种方式是逐步地增加冷丝进给速度直到冷丝达到其目标值。冷丝进给速度有利地逐步地增加，步幅具有达到100cm/min、有利地1-10cm/min并且更加有利地4-6cm/min的平均高度和10-1000ms、有利地50-500ms并且更加有利地75-125ms的平均长度。也可能延迟启动冷丝进给速度的增加。应当尽可能快速地执行稳定电弧阶段期间的冷丝进给速度的减小，从而保证冷丝进给速度立即适合于较低熔化速率。有利地，相对于导致所述减小的热丝进给速度调节的产生，在200ms内、优选地在100ms内、更优选地在10ms内并且最优选地在1ms内达到冷丝进给速度的新和较低目标值。
焊接装置可以带有用于在稳定电弧阶段期间测量焊接电流或与焊接电流相关的活性焊接参数的一个或多个装置。这些值被过滤并且用于确定热丝进给速度的新目标值。
焊接装置也可以带有布置成在焊接过程期间测量热丝进给速度或与热丝进给速度相关或指示热丝进给速度的一个或多个活性焊接参数的一个或多个测量装置。被测量值存储在控制单元中。至少在稳定电弧阶段期间当取决于焊接电流变化连续地调节热丝进给速度时活性焊接参数测量之间的时间间隔有利地尽可能短。合适的时间间隔为大约1ms。被测量值可以被过滤以获得冷丝进给速度的更精确调节。经过滤的值与最后存储的值比较并且因此可以确定冷丝进给速度应当增加还是减小。最后测量的经过滤的值用于确定冷丝进给速度的新目标值。以具有10-1000ms、优选地50-500ms并且最优选地75-125ms的平均长度的间隔有利地测量用于确定冷丝进给速度的相应目标值的活性焊接参数值。因此，可以逐步地调节冷丝进给速度，步幅具有10-1000ms、优选地50-500ms并且最优选地75-125ms的平均长度。当然能够将活性焊接参数的测量之间的时间间隔增加到1000ms。如果在热丝进给速度调节期间测量的新焊接参数值指示焊接参数在所述调节期间已变化，则确定热丝进给速度的新目标值并且相应地调节热丝进给速度。类似地，在冷丝进给速度调节期间检测到的热丝进给速度的变化将导致冷丝进给速度目标值的调节。
在稳定电弧阶段期间能够将冷丝进给速度减小到低于目标值的水平，从而保证给予电弧足够的时间稳定并且冷丝不会撞击熔池的底部，并且然后将冷丝进给速度增加到目标值。冷丝进给速度甚至可以在增加到所述目标值之前被中止。
有利地，适合于紧跟从电弧稳定化阶段(CW)过渡到稳定电弧阶段(CA)之后确定冷丝进给速度的新目标值的控制单元适合于将电弧稳定化阶段的最后子阶段的热丝进给速度与稳定电弧阶段期间测量的热丝进给速度比较。从电弧稳定化阶段过渡到稳定电弧阶段时的冷丝进给速度的增加可以延迟例如0.5-1.5秒，从而保证当冷丝达到其新的、更高的目标值时存在稳定电弧。从电弧稳定化阶段过渡到稳定电弧阶段之后的冷丝进给速度的减小优选地是即时的，从而防止冷丝在其达到其新的、更低的目标值之前撞击熔池。
焊接装置也可以带有用于测量其它焊接参数的其它测量装置。
本发明的第二目的借助于一种用于执行上述方法的焊接装置实现。所述焊接装置包括用于朝着工件进给至少一个热丝的热丝进给装置，用于将焊接电流传递到所述热丝以便电弧生成的接触装置，用于朝着所述工件进给至少一个冷丝的冷丝进给装置，以及控制单元，所述控制单元适合于在电弧点火阶段、电弧稳定化阶段和随后的稳定电弧阶段期间控制所述热丝和冷丝进给装置。所述电弧稳定化阶段包括至少一个初始子阶段和至少一个随后的主要子阶段。所述控制单元适合于控制所述热丝进给装置以在所述初始子阶段期间以恒定进给速度进给所述热丝，在所述主要子阶段期间以恒定进给速度进给所述热丝并且在所述稳定电弧阶段期间至少取决于传递通过所述热丝的焊接电流连续地调节所述热丝的进给速度。所述控制单元也适合于控制所述冷丝进给装置以在所述主要子阶段期间以恒定进给速度进给至少一个冷丝并且在所述稳定电弧阶段期间取决于至少一个热丝进给速度连续地调节所述冷丝的进给速度。
根据本发明的焊接装置在包括一个或多个冷丝的焊接过程的开始时也保证高焊接质量。这通过在电弧稳定化阶段的至少一个初始子阶段和至少一个主要子阶段期间以恒定丝进给速度进给热丝并且在电弧稳定化阶段的至少一个主要子阶段期间以恒定丝进给速度进给冷丝而实现，从而保证热丝和工件之间的稳定电弧(多个热丝和所述工件之间的多个电弧)的相对快速生成。
焊接装置也能够最小化或消除至少在电弧稳定化阶段的开始期间的冷丝的负面影响。控制单元防止冷丝在电弧稳定化阶段的至少一个初始子阶段期间到达熔池，或者至少防止它以冷丝可能对电弧稳定过程具有严重负面影响的进给速度到达熔池。优选地，控制单元适合于至少在初始子阶段期间保持在朝着工件的方向上的冷丝进给速度等于或低于9cm/min。更优选地，控制单元适合于在初始子阶段期间保持至少一个冷丝静止。该布置保证在电弧稳定化阶段的(一个或多个)第一阶段期间电弧稳定过程不由冷丝负面地影响。
控制单元可以适合于控制所述热丝进给装置以在一个第一子阶段期间提供一个热丝进给速度并且在另一子阶段期间提供另一热丝进给速度。该布置能够在电弧稳定化阶段期间逐步增加或减小热丝进给速度(并且因此也逐步增加或减小冷丝进给速度)，这可以对电弧稳定过程具有正面影响。
替代地，控制单元可以适合于在整个电弧稳定化阶段期间提供相同的热丝进给速度，这使得能够与电弧稳定化阶段同时地启动焊接阶段。在该情况下，有利的是，使冷丝的进给延迟优选0.5-5秒并且更优选2-3秒，从而便于稳定电弧的快速生成。
控制单元可以适合于确定对应于稳定电弧阶段焊接电流的热丝的预期稳定电弧阶段进给速度。有利地，电弧稳定化阶段期间的热丝在所述预期稳定电弧阶段热丝进给速度的0-200％范围内、优选地在0-100％范围内。更加优选的是，控制单元适合于将电弧稳定化阶段的最后子阶段期间的热丝的进给速度保持在预期稳定电弧阶段热丝进给速度的80-95％范围内。
低于预期稳定电弧阶段热丝进给速度的热丝进给速度保证热丝的尖端和工件之间的距离保持较大，这便于生成稳定电弧。由于该原因，有利的是，(一个或多个)热丝进给速度在整个电弧稳定化阶段期间保持低于预期稳定电弧阶段热丝进给速度。由于该原因，也可能有利的是，热丝进给速度在电弧稳定化阶段的第一部分期间明显低于预期稳定电弧阶段热丝进给速度。然而，也有利的是，预期稳定电弧阶段热丝进给速度和最后子阶段期间的恒定热丝进给速度之间的差异较小，从而便于从电弧稳定化阶段过渡到稳定电弧阶段。因此，有利的是，可以在电弧稳定化阶段期间逐步地调节热丝进给速度。一旦已生成稳定电弧，不再必须保持低热丝进给速度并且焊接装置切换到CA过程，其中热丝进给速度被调节以将焊接安培数保持在设定水平(稳定电弧焊接电流)。
也可能有利的是，热丝进给速度在电弧稳定化阶段期间高于预期稳定电弧阶段热丝进给速度，并且可能也逐渐地减小，从而保证稳定电弧的生成。当稳定电弧阶段焊接电流太低以致于不能保证将生成稳定电弧时就是这种情况。
有利地，电弧稳定化阶段期间的冷丝的每个恒定进给速度在相应热丝进给速度的0-200％范围内、优选地在0-100％范围内。控制单元也可以适合于将至少最后子阶段期间的冷丝进给速度保持在相应热丝进给速度的70-90％范围内，从而便于从电弧稳定化阶段过渡到稳定电弧阶段。
有利地，在焊接过程开始之前使用者输入一个或多个焊接参数值。合适的焊接参数的例子是焊接电流、电弧电压和热丝行进速度。控制单元使用所述焊接参数值来确定热丝和冷丝的合适进给速度。
在其中热丝进给速度可以在子阶段之间变化的实施例中，使用者可以输入将用于确定用于每个子阶段的合适热丝进给速度的子阶段特定焊接参数值。在替代实施例中使用者也可以输入用于电弧稳定化阶段的合适的热丝和冷丝进给速度。
有利地，控制单元适合于提供具有在1-6秒范围内并且更有利地在1-3秒范围内的预定长度的电弧稳定化阶段，从而保证当焊接过程进入稳定电弧阶段时存在稳定电弧。
初始子阶段有利地具有在0.5-5秒范围内的预定长度。
焊接装置可以包括布置成检测稳定电弧的至少一个稳定电弧检测装置，并且当控制单元接收到来自所述稳定电弧检测装置的、指示已检测到稳定电弧的信号时控制单元可以适合于启动稳定电弧阶段。这允许电弧稳定化阶段的长度的优化。
焊接装置可以包括布置成测量一个或多个活性焊接参数值的一个或多个测量装置。这些测量装置可以形成控制单元的一部分，但是它们也可以独立地布置，在该情况下它们连接到控制单元从而能够将相关信息发送到所述控制单元。
所述测量装置可以布置成测量热丝进给速度。例如，所述测量装置可以包括传感器，所述传感器适合于测量布置成朝着工件进给热丝的马达中的马达轴的旋转速度并且将该信息传送到所述控制单元，所述控制单元计算热丝进给速度。也能够使用直接地在热丝上测量进给速度的一个或多个传感器。
一个或多个测量装置可以适合于测量焊接电流。例如，所述测量装置可以包括在电源中的一个或多个分流器。分流器与负载串联地放置成使得待测量的所有电流将流动通过它。分流器上的电压降与流动通过它的电流成正比并且分流器电阻是已知的，因此测量电压允许确定焊接电流。
所述测量装置也可以适合于测量电弧电压。有利地测量工件和热丝的最近端部之间的电弧电压以避免电压降。
当然，所述测量装置可以布置成测量其它活性或非活性焊接参数，并且控制单元可以使用这些被测量焊接参数值来确定例如焊接电流、电弧电压和热丝行进速度，其可以用于确定合适的热丝和冷丝进给速度。
焊接装置也可以包括适合于在电弧点火阶段期间检测电弧的存在的至少一个电弧检测装置。在该实施例中，控制单元有利地适合于当接收到来自所述电弧检测装置的、指示电弧的存在的信号时立即启动电弧稳定化阶段。例如，当焊接电流安培数水平超过预设水平持续超过预设时间的时间间隔时认为建立电弧。该检测装置可以形成控制单元的一部分。它也可以独立于并且连接到控制单元。
焊接装置可以包括用于朝着工件进给一个或多个热丝的一个或多个热丝进给装置和用于将焊接电流传递到所述热丝的附加接触装置。控制单元合适地适合于控制所述热丝进给装置在至少一初始子阶段期间以恒定进给速度进给所述热丝，在至少一个主要子阶段期间以恒定进给速度进给所述热丝，并且在稳定电弧阶段期间至少取决于传递通过所述热丝的焊接电流连续地调节所述热丝的每一个的进给速度。
焊接装置也可以包括用于朝着工件进给一个或多个冷丝的一个或多个冷丝进给装置。控制单元合适地适合于控制所述冷丝进给装置以在至少一个主要子阶段期间以恒定进给速度进给所述冷丝并且在稳定电弧阶段期间取决于至少一个相应的热丝进给速度连续地调节所述冷丝的进给速度。
有利地，以与参考其它热丝和冷丝进给装置所述的相同方式控制任何附加的热丝和冷丝进给装置。
增加一个或多个热丝增加沉积速率。然而，增加附加热丝也可能使电弧稳定化阶段期间的稳定电弧的生成更困难。由一热丝生成的电弧可能影响由其它热丝生成的电弧并且阻止这些电弧稳定。根据本发明的焊接装置通过在电弧稳定化阶段的子阶段期间以恒定进给速度进给热丝、因此产生便于生成稳定电弧的焊接条件而解决该问题。选择恒定热丝进给速度使得可以容易地生成稳定电弧。
热丝进给装置可以适合于朝着工件进给一个或多个热丝。也就是说，热丝进给装置可以在一个实施例中适合于朝着工件进给单、第一热丝并且在替代实施例中适合于进给除了所述第一热丝以外的附加热丝。也能够在相同焊接装置中使用多于一个热丝进给装置，每个适合于进给一个或多个热丝。
应当注意焊接装置中的两个或更多个热丝不需要在电弧稳定化阶段的子阶段期间和稳定电弧阶段期间具有相同的进给速度，并且不需要具有相同的丝特性，例如材料性质和丝尺寸。可以单独地确定每个热丝的合适的热丝进给速度。也能够确定一个热丝的合适的热丝进给速度并且将所述进给速度施加到一个或多个附加热丝。
附加热丝的存在提供如何调节单冷丝的进给速度的替代选择。单冷丝的进给速度可以在电弧稳定化阶段期间取决于单热丝的进给速度或多个热丝的平均进给速度。可以在计算平均热丝进给速度之前加权热丝进给速度值。类似地，在稳定电弧阶段期间，可以取决于指示一个或多个热丝的进给速度的一个或多个活性焊接参数确定单冷丝的进给速度。冷丝进给速度例如可以与单热丝进给速度或多个热丝进给速度相关。
控制单元可以是单一单元或者包括位于不同位置的多个子单元。
如上所述，焊接装置也可以包括用于朝着工件进给多个冷丝的冷丝进给装置。焊接装置中的两个或更多个冷丝不需要在电弧稳定化阶段的子阶段期间和稳定电弧阶段期间具有相同的进给速度。例如，两个冷丝的单独的进给速度可以与不同焊接参数、例如不同热丝的进给速度相关。也能够确定单冷丝的冷丝进给速度并且将相同进给速度施加到所有冷丝。当计算两个或更多个冷丝的进给速度时也能够使用相同焊接参数值，所述冷丝可以具有不同尺寸和/或材料性质并且起到不同的作用，因此被分配不同的进给速度。
附图说明
可以从本发明的示例性实施例的以下详细描述最佳地理解本发明以及上述和其它目的和优点。详细描述包含附图标记，其中：
图1显示根据本发明的双丝焊接装置；
图2显示根据本发明的焊接头；
图3显示逆时针转动90°的图2中的焊接头；
图4显示图2中的电弧焊接头的透视图；
图5显示根据本发明的电弧焊接头的透视图；
图6a,b示意性地显示两个电弧稳定过程的不同阶段；以及
图7a,b显示热丝和冷丝进给速度如何可以随着时间变化。
具体实施方式
在附图中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示。附图仅仅是示意性表示并且不旨在描绘本发明的具体参数。而且，附图旨在仅仅描绘本发明的典型实施例并且因此不应当被视为限制本发明的范围。
图1显示双焊接装置1的部分。双焊接装置包括用于朝着熔池6引导第一热丝4的第一接触管2。第一接触管2以常规方式布置在接触尖端8中。焊接电流传递通过所述接触管2到第一热丝4。第二接触管10布置在双丝焊接装置1中以便朝着熔池6引导第二热丝12。第二接触管10以常规方式布置在接触尖端14中。第一和第二接触尖端8、14可以布置在由部分集成的单主体中或布置在独立主体中。在第二接触管10处，焊接电流传递到第二热丝12。
单电源16连接到包括接触尖端8、14并且容纳第一和第二接触管2、10的接触装置18。单电源16将相同电位提供给第一和第二热丝4、12。电源可以属于可操作用于双丝焊接的任何常规类型，例如焊接转换器、焊接变压器、整流器、可控硅控制整流器或逆变器。
双丝焊接装置1还包括用于将冷丝22进给到熔池6中的进给布置。进给布置包括与第一和第二接触尖端8、14电绝缘的管24。冷丝22经由管24被进给。当焊接时，电弧40将存在于第一和第二热丝4、12处，但是不存在于冷丝22处。通过将冷丝引入电弧40的区域中熔化冷丝22。合适地，冷丝22不连接到任何电源并且因此将通常具有地电位。然而，可以能够将冷丝22连接到电源以便预加热冷丝。然而，为了电弧生成冷丝22将不连接到电源。管24可以是与第一和第二接触尖端8、14隔离的金属管，或陶瓷管。
在埋弧焊接中电弧存在于热丝的尖端和工件之间。电弧和熔融金属被保护在粉状焊剂层之下。焊剂在该过程期间部分地熔化，因此产生熔池上的熔渣的保护层。
在图1中显示电弧40。电弧40在工件处的接触将以随机方式移动。然而，通常假设电弧40存在于从热丝的尖端34延伸到熔池6的圆锥42内。圆锥42的张角β可以在不同焊接情况之间变化。然而，正常张角β为大约30°。由于该原因优选的是将冷丝22定位成使得它在与其基本正交的方向上在小于L*cotan(β/2)的、在可消耗电极的尖端34处测量的离可消耗电极的轴向距离D处进入电弧区域。在这里L是电弧长度，其是从电极尖端34到熔池的最近点36的距离。
焊剂料斗(未显示)布置成将粒状焊剂进给到保持热丝4、12和冷丝22的接触装置160。粒状焊剂经由喷嘴(未显示)进给到接触装置160。
可能优选的是将冷丝22布置在两个热丝4、12之间。热丝4、12优选地安装在轴向距离A处，所述轴向距离小于在熔池6的表面30处测量的圆锥直径。使用该布置，冷丝22将被引入由两个热丝4、12的圆锥限定的电弧区域的外部分中，这有益于焊接结果。
双丝焊接装置1还包括用于测量第一热丝4的进给速度的传感器27。当然，能够使用多于一个传感器并且测量两个热丝的进给速度。然而，在双焊接中，当两个热丝连接到相同电源时，热丝常常被视为单热丝并且仅仅需要一个传感器。在替代实施例中，传感器27可以由适合于测量其它焊接装置的任何合适的测量装置替换。
双丝焊接装置1也包括电弧检测装置(未显示)以便检测热丝4和工件之间的(不稳定)电弧。
图1中的双丝焊接装置1适合于执行包括点火阶段和焊接阶段的焊接过程。双丝焊接装置是CA焊接装置。双丝焊接装置1也适合于执行电弧稳定过程，以点火阶段开始，接着是包括两个子阶段(初始子阶段和主要子阶段)的电弧稳定化阶段，以及稳定电弧阶段。焊接装置1是CA焊接装置。然而，在电弧稳定化阶段期间将关闭热丝4、12的进给速度的自动自调节，使得在电弧稳定化阶段的每个子阶段期间热丝4、12的进给速度保持恒定。应当注意双丝焊接装置中的热丝被视为单热丝；也就是说，热丝4、12将总是采用相同的进给速度。冷丝22将仅仅在主要子阶段期间朝着工件进给并且冷丝22的进给速度取决于所述主要子阶段期间的第一热丝4的被测量进给速度。因此，冷丝22的进给速度将在主要子阶段期间保持恒定。在稳定电弧阶段期间执行的焊接过程是CA焊接过程，在此期间热丝4、12的进给速度被调节以补偿干扰，从而将焊接电流安培数保持在基本恒定水平。
在焊接过程开始之前，焊接装置1的使用者输入将在稳定电弧阶段期间保持的焊接电流值。该焊接电流值被称为稳定电弧阶段焊接电流。使用者可以输入附加焊接参数，例如电弧电压和丝进给速度。控制单元31使用所述信息和值表来计算用于两个热丝4、12的合适电弧稳定化阶段进给速度值(热丝进给速度在整个电弧稳定化阶段期间保持恒定)和用于冷丝22的主要子阶段进给速度值。其后，启动电弧点火阶段并且在电弧点火阶段之后接着初始子阶段，当借助于所述电弧检测装置检测到第一热丝和工件之间的电弧的存在时启动所述初始子阶段。在该实施例中，电弧稳定化阶段具有2.5秒的预定长度。当电弧稳定化阶段结束时，假设已生成稳定电弧并且CA焊接过程可以开始。
观察在电弧稳定化阶段和稳定电弧阶段期间执行焊接。
在稳定电弧阶段期间，传感器27以大约1毫秒的间隔连续地测量热丝4的进给速度并且将被测量热丝进给速度值传送到控制单元31。控制单元31过滤接收到的值；随后用于控制冷丝22的进给速度的值以具有75-125毫秒之间的平均长度的间隔被测量。对于每个经过滤的值，控制单元31确定用于冷丝22的相应进给速度目标值。
控制单元31还确定目标值是高于还是低于当前的冷丝22进给速度。有利地尽可能快速地执行冷丝22进给速度的减小；而冷丝进给速度的增加应当取决于所述增加的大小延迟一段时期，从而保证在冷丝22进给速度达到其目标值之前电弧40是稳定的。
信号从控制单元31发送到布置成用于朝着工件进给冷丝22的冷丝进给装置35。冷丝进给装置35根据来自控制单元31的指令增加或减小冷丝22的进给速度。
图2至4描绘用于图1中的双焊接装置1的电弧焊接头100的不同视图。
在一个端部处，焊接头100包括接触装置160，在焊接期间所述接触装置紧邻待焊接的工件。接触装置160保持包括丝4、22、12的丝组件170(在图2中仅仅显示冷丝22)。丝4、22、12通过在焊接期间面对工件的接触装置160的下端处的出口162离开接触装置160。丝4、22、12可以从相应的储存器、例如线圈(未显示)朝着电弧焊接头100进给。
如上所述，丝组件170包括布置在接触装置160中的两个热丝4、12和冷丝22。热丝4、12布置成所谓的双丝，其作为双丝布置平行地进给。
在接触装置160之上布置朝着接触装置160进给热丝4、12的进给装置150。典型地，进给装置150包括朝着接触装置160移动热丝4、12的槽轮。进给装置150包括用于进给通过冷丝22的电绝缘部分156。电绝缘部分156可以由进给轮组成，所述进给轮具有用于冷丝22的额外绝缘槽。冷丝22可以自由地穿过丝进给装置150。进给轮由驱动单元152(未在图2中显示)、例如电动机驱动。
焊剂料斗11将粒状焊剂经由喷嘴(未显示)进给到接触装置160。
除了驱动单元152以外，丝进给装置150包括具有驱动轴的齿轮。在齿轮的驱动轴上布置进给轮154(图5)，所述进给轮可以由另一轮(未显示)加压。进给轮154在接触装置160的方向上向前驱动丝。
丝矫直单元140布置在丝进给装置150之上以便矫直热丝4、12。在丝矫直单元140的最前位置描绘的两个辊用于将压力施加到竖直地重叠布置在丝矫直装置的后部分中的三个固定轮。辊施加到轮的压力经由丝矫直单元140的外部处的旋钮可调节。辊对三个轮施加的压力矫直丝。丝矫直单元140包括电绝缘部分146，冷丝22可以通过所述电绝缘部分自由地穿过丝矫直单元140。
在丝矫直单元140之上布置用于朝着接触装置160进给冷丝22的独立丝进给装置35。在丝进给装置35上驱动单元132、例如电动机布置成驱动丝进给装置35的进给轮。除了驱动单元132以外，丝进给装置35包括具有驱动轴的齿轮。在齿轮的驱动轴上布置进给轮134(图5)，所述进给轮可以由另一轮(未显示)加压。进给轮134在接触装置160的方向上向前驱动冷丝22。
在丝进给装置35之上布置用于矫直冷丝22的独立的丝矫直单元120。沿着焊接头100的纵向延伸提供电绝缘导管180以便将来自丝储存器、例如线圈卷筒(未显示)的冷丝22引导到接触喷嘴。在进给装置150和130之间并且在丝矫直单元120之上可以布置接收冷丝22的电绝缘丝管道。
特别地，电绝缘导管180包括丝矫直单元140的电绝缘部分146，用于非绝缘热丝4、12的丝进给装置150的电绝缘部分156，和接触装置160的电绝缘部分，以及在单元130、140、150、160之间并且在用于电绝缘冷丝22的丝矫直单元120之上的电绝缘丝管道。
用于热丝和冷丝的合适的接触装置的详细描述例如在WO2012/041375 A1中被提供。
如上所述，电弧焊接装置1带有用于测量热丝4的进给速度的传感器。
电弧焊接装置1也带有用于检测第一热丝和工件之间的电弧的存在的电弧检测装置(未显示)。
图5是如图2-4中所示的实质上相同的布局的电弧焊接头100的侧视图。在丝矫直单元140之上提供用于双丝的两个引导管142、144。引导管142、144与焊接头100的纵向延伸交叉布置。用于冷丝的引导管182布置在用于冷丝(未显示)的丝进给装置35和用于热丝(未显示)的丝矫直单元140之间。驱动单元132、152可以配备有用于丝的速度控制的脉冲传感器。靠近接触装置160布置用于焊剂料斗11(图2-4)的喷嘴116。喷嘴116固定到平行于接触装置160的纵轴线布置的杆118。
图6a示意性地显示将借助于类似于图1中所示的电弧焊接装置的电弧焊接装置执行的埋弧焊接过程的不同阶段。取决于第一热丝的进给速度(与第二热丝的进给速度相同)确定冷丝进给速度。
埋弧焊接过程包括点火阶段，在所述点火阶段期间在第一热丝和工件之间点火第一(不稳定)电弧。点火阶段之后紧接着是焊接阶段，在所述焊接阶段期间对工件执行焊接。一检测到电弧就开始焊接阶段。
焊接装置也适合于执行包括点火阶段(IP)、电弧稳定化阶段(AP)和稳定电弧阶段(SP)的电弧稳定过程。电弧稳定化阶段(AP)由初始子阶段(IS)和主要子阶段(MS)组成。电弧稳定化阶段(AP)和焊接阶段同时开始，也就是说，在电弧稳定化阶段(AP)期间执行焊接。由于该原因，重要的是尽可能快地生成稳定电弧。在该实施例中，电弧稳定化阶段(AP)具有2.5秒的预定长度(被认为足以生成稳定电弧)。初始子阶段(IS)具有2.0秒的预定长度并且主要子阶段(MS)具有0.5秒的预定长度。
在启动点火阶段(IP)之前，焊接装置的使用者输入将在稳定电弧阶段(SP)期间保持的、包括稳定电弧阶段焊接电流的一组焊接参数值。控制单元然后确定将施加到第一和第二热丝的、适合于电弧稳定化阶段(AP)的热丝进给速度。应当注意热丝进给速度在整个电弧稳定化阶段(AP)期间保持恒定。一旦电弧检测装置已检测到第一热丝和工件之间的电弧，控制单元启动电弧稳定化阶段(AP)。在初始子阶段(IS)期间，热丝以借助于控制单元确定的进给速度向前进给，而冷丝保持静止(不向前进给)。在随后的主要子阶段(MS)期间，热丝以所述恒定进给速度向前进给，并且冷丝以取决于第一热丝的恒定进给速度确定的恒定进给速度向前进给。自电弧稳定化阶段(AP)的开始已过去2.5秒之后，电弧稳定过程进入稳定电弧阶段(SP)。
稳定电弧阶段(SP)紧跟着电弧稳定化阶段(AP)之后。热丝的进给速度在稳定电弧阶段(SP)期间是可变的，而电弧电压水平保持恒定。连续地调节热丝的进给速度以将焊接电流的安培数水平保持在设定稳定电弧阶段焊接电流水平并且补偿干扰(例如表面不平整和焊接过程的变化)。该CA焊接过程容易执行并且提供良好的焊接结果。
图6b显示根据本发明的方法的替代实施例。在该实施例中，在焊接阶段之前有第一和第二启动阶段并且电弧稳定化阶段(AP)被分成三个子阶段：对应于第一启动阶段的初始子阶段(IS)，对应于第二启动阶段的主要子阶段(MS)，和涵盖第二启动阶段的结束和稳定电弧阶段(SP)的开始之间的时期的最后子阶段(FS)。该布置的目的是便于生成稳定电弧并且延缓焊接阶段直到已生成稳定电弧。
除了稳定电弧焊接电流和与稳定电弧阶段相关的任何附加焊接参数值以外，使用者也输入多个子阶段特定焊接参数。合适的焊接参数的例子是焊接电流、电弧电压和行进速度。基于这些值，控制单元确定用于每个子阶段的合适热丝进给速度。
初始子阶段(IS)的主要目的是便于稳定电弧的生成。这通过暂时地消除冷丝对电弧稳定过程的负面影响而实现。冷丝在初始子阶段(IS)期间保持静止，而热丝以由控制单元确定的恒定进给速度向前进给。
主要子阶段(MS)的主要目的是将冷丝引入焊接过程中，同时保证电弧保持相对稳定。冷丝和热丝现在以由控制单元确定的恒定进给速度向前进给。在该实施例中，热丝进给速度在主要子阶段(MS)期间比在初始子阶段(IS)期间高。取决于相应的第一热丝进给速度确定冷丝进给速度。
在最后子阶段(FS)期间施加的热丝进给速度高于在主要子阶段(MS)期间施加的热丝进给速度，并且因此更接近预期稳定电弧阶段热丝进给速度。因此，保证从最后子阶段(FS)平滑过渡到稳定电弧阶段(SP)。冷丝进给速度遵循第一热丝进给速度并且也在最后子阶段(FS)的开始时增加。在替代实施例中，主要子阶段(MS)可以延续到电弧稳定化阶段(AP)的结束。
现在将参考图7a更详细地描述在图6a中示意性地显示的方法。实线(A)显示每个阶段期间的实际热丝进给速度，实线(B)显示每个阶段期间的实际冷丝进给速度，并且虚线(C)显示稳定电弧阶段(SP)的预期热丝进给。
图7a显示点火阶段(IP，t0-t1)期间的热丝进给速度被设定为预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)的大约25％的值。
如上所述，预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)由控制单元基于由使用者在焊接过程开始之前设定的一个或多个焊接参数值确定。稳定电弧阶段(SP)的开始(t3)时的实际第一热丝进给速度(A)在该实施例中等于预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)。应当注意不总是如此。例如由于遇到的干扰，实际第一热丝进给速度(A)可以不同于预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)。
电弧检测装置检测电弧并且将信号发送到控制单元(t1)。控制单元指示热丝进给装置将热丝进给速度(A)增加到预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)的大约90％的值。新的热丝进给速度(A)在整个初始子阶段(IS，t1-t2)和主要子阶段(MS，t2-t3)期间保持恒定。冷丝在初始子阶段(IS，t1-t2)期间保持静止并且在主要子阶段(MS，t2-t3)期间采用恒定冷丝进给速度(B)。主要子阶段(MS，t2-t3)期间的冷丝进给速度(B)是主要子阶段(MS，t2-t3)期间的第一热丝进给速度(A)的大约70％。
电弧稳定化阶段(AP，t1-t3)持续2.5秒并且后面紧跟着(t3)稳定电弧阶段(SP)。当电弧稳定过程进入稳定电弧阶段(SP)时，控制单元指示热丝进给装置将对应于由焊接装置的使用者设定的稳定电弧阶段焊接电流的进给速度施加到第一和第二热丝。其后，连续地测量焊接电流的安培数水平并且在控制单元中过滤被测量值。焊接电流安培数水平可以由于干扰在稳定电弧阶段(SP)期间变化并且控制单元编程为通过热丝进给速度的调节将安培数水平恢复到设定值(稳定电弧阶段焊接电流)(即，控制单元适合于通过热丝进给速度的调节将安培数水平保持在所述设定水平)。例如，在t5，控制单元记录焊接电流安培数水平的增加并且因此指示热丝进给装置降低热丝进给速度(A)以便将安培数水平恢复到其先前、较低值。
在焊接过程期间连续地测量第一热丝进给速度并且由控制单元过滤被测量值。对于每个经过滤的值，控制单元确定用于冷丝的相应进给速度目标值并且控制单元指示冷丝进给装置将冷丝进给速度(B)调节到所述目标值。因此，在t2和t3-t4，冷丝进给速度(B)增加并且在t5冷丝进给速度(B)减小。
应当注意当电弧稳定过程进入(t3)稳定电弧阶段时冷丝进给速度(B)的增加以较慢速率被执行(与第一热丝进给速度(A)的几乎瞬时增加相比)。冷丝进给速度(B)在t4达到其新目标值。该延迟保证在冷丝进给速度(B)达到其新的和更高的目标值之前电弧稳定在新的和更高的热丝进给速度(A)水平。也应当注意冷丝进给速度(B)在t5的减小几乎瞬时地被执行，从而避免冷丝相对于热丝进给速度(A)具有太高的进给速度(B)并且击穿熔池的情况。
确定冷丝进给速度(B)将增加还是减小的最容易方式是将最后测量的和过滤的第一热丝进给速度(A)值存储在控制单元中并且将它与下一个测量的和过滤的第一热丝进给速度(A)值比较。类似地，最后确定的冷丝进给速度(B)值可以存储在控制单元中并且与下一个确定的冷丝进给速度(B)值比较。
在从电弧稳定化阶段(AP)到稳定电弧阶段(SP)的过渡(t3)，控制单元将第一测量的和过滤的热丝或冷丝进给速度值与在电弧稳定化阶段(AP)的主要子阶段(t2-t3)期间保持的相应恒定进给速度值比较，从而确定应当即时地(减小)还是延迟地(增加)执行冷丝进给速度(B)的调节。
在图7b中更详细地显示图6b中示意性显示的方法。
图7b中的电弧稳定化阶段(AP)被分成三个子阶段：初始子阶段(IS，t1-t2)、主要子阶段(MS，t2-t3)和最后子阶段(FS，t3-t4)。
电弧点火阶段(IP，t0-t1)期间的第一热丝进给速度是预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)的大约25％。一旦已检测到电弧(t1)热丝进给速度(A)增加到预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)的大约50％并且电弧稳定过程开始初始子阶段(IS，t1-t2)。冷丝保持静止以优化所述初始子阶段(IS，t1-t2)期间生成稳定电弧的机会。热丝进给速度(A)在主要子阶段(MS，t2-t3)的开始(t2)时再次增加到预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)的大约75％。同时，冷丝以第一热丝进给速度(A)的大约50％的进给速度(B)正在向前进给。因此，在稳定电弧阶段(SP)开始之前在存在冷丝的情况下允许电弧稳定。一旦主要子阶段(MS，t2-t3)已结束并且最后子阶段(FS，t3-t4)开始，热丝进给速度(A)再次增加到预期稳定电弧阶段热丝进给速度(C)的大约90％并且冷丝进给速度(B)增加到第一热丝进给速度(A)的70％。最后，在稳定电弧阶段(SP)的开始时，第一热丝进给速度(A)释放并且冷丝进给速度(B)连续地适合于第一热丝进给速度，如上面参考图7a所述。
在该实施例中，每当电弧稳定过程进入新的子阶段时热丝进给速度(A)增加(冷丝进给速度同样如此，从电弧点火阶段(IP)到初始子阶段(IS)的过渡除外)。热丝和冷丝进给速度在每个子阶段期间保持恒定。热丝进给速度(A)水平由控制单元基于由使用者在焊接过程开始之前设定的焊接参数值确定并且冷丝进给速度(B)值取决于相应的第一热丝进给速度(A)值被确定。在稳定电弧阶段(SP)期间，借助于控制单元基于被测量第一热丝进给速度(A)值确定冷丝进给速度(B)的目标值。
由权利要求提供的保护范围不限于上述实施例。实施例和特征可以以许多方式组合而不脱离保护范围。
例如，当电弧稳定过程进入稳定电弧阶段时电弧稳定化阶段期间焊接条件的变化可以导致热丝进给速度减小。也有这样的实施例，其中将在稳定电弧阶段期间保持的稳定电弧阶段焊接电流低使得可能有利的是在电弧稳定化阶段期间施加高于预期稳定电弧阶段热丝进给速度的热丝进给速度。上面参考图6a,b；7a,b所述的方法可以应用于包括任何数量的热丝和多于一个冷丝的焊接装置。热丝可以在两个或更多个子阶段中具有相同的进给速度，并且冷丝可以在两个或更多个子阶段中具有相同的进给速度。图7b中的电弧稳定化阶段可以包括三个以上子阶段。也能够去除最后子阶段并且将主要子阶段延续到电弧稳定化阶段的结束。在其中将在最后启动阶段的结束之前终止电弧稳定化阶段的实施例中，电弧稳定化阶段可以延续到最后启动阶段的结束。

Claims (22)

1.一种用于启动埋弧焊接过程的方法，所述方法包括：包括点火电弧的步骤的电弧点火阶段(IP)，电弧稳定化阶段(AP)以及稳定电弧阶段(SP)，该方法的特征在于，所述电弧稳定化阶段(AP)包括至少一个初始子阶段(IS)和至少一个随后的主要子阶段(MS)，其中所述初始子阶段(IS)包括以下步骤：
以恒定进给速度朝着工件进给至少一个热丝(4、12)；
所述主要子阶段(MS)包括以下步骤：
以恒定进给速度朝着所述工件进给所述热丝(4、12)；以及
以恒定进给速度朝着所述工件进给至少一个冷丝(22)；并且所述稳定电弧阶段(SP)包括以下步骤：
至少取决于传递通过所述热丝(4、12)的焊接电流连续地调节所述热丝(4、12)的进给速度；以及
取决于至少一个热丝(4、12)进给速度连续地调节所述冷丝(22)的进给速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在朝着所述工件的方向上的所述冷丝(22)的进给速度在所述初始子阶段(IS)期间保持等于或低于9cm/min。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述冷丝(22)在所述初始子阶段(IS)期间保持静止。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述热丝(4、12)的进给速度在整个电弧稳定化阶段(AP)期间保持恒定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述热丝(4、12)的进给速度在至少两个不同子阶段(IS、MS、FS)之间变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中子阶段(IS、MS、FS)中任一个子阶段期间的所述热丝(4、12)的进给速度在对应于稳定电弧阶段焊接电流的所述热丝(4、12)的预期稳定电弧阶段进给速度的0-200％范围内，并且其中所述子阶段(IS、MS、FS)中任一个子阶段期间的所述冷丝(22)的恒定进给速度在所述子阶段(IS、MS、FS)中任一个子阶段期间的至少一个热丝(4、12)的进给速度的0-100％范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其中子阶段(IS、MS、FS)期间的所述热丝(4、12)的进给速度在所述热丝(4、12)的预期稳定电弧阶段进给速度的0-100％范围内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中最后子阶段(MS；LS)期间的所述热丝(4、12)的恒定进给速度在所述热丝(4、12)的预期稳定电弧阶段进给速度的80-95％范围内。
9.根据权利要求6-8中的任一项所述的方法，其中最后子阶段(MS；LS)期间的所述冷丝(22)的恒定进给速度在所述最后子阶段(MS；LS)期间的至少一个热丝(4、12)的进给速度的70-90％范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述电弧稳定化阶段(AP)具有在1-6秒范围内的预定长度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述电弧稳定化阶段(AP)具有在1.0-3.0秒范围内的预定长度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述初始子阶段(IS)具有在0.5-5秒范围内的预定长度。
13.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括朝着所述工件进给多于一个热丝(4、12)的步骤。
14.一种用于执行根据权利要求1-13中的任一项所述的方法的焊接装置(1)，所述焊接装置(1)包括：
用于朝着工件进给至少一个热丝(4、12)的热丝进给装置(150)；
用于将电流传递到所述热丝(4、12)以便电弧生成的接触装置(2)；
用于朝着所述工件进给至少一个冷丝(22)的冷丝进给装置(35)；以及
控制单元(31)，所述控制单元适合于在电弧点火阶段(IP)、电弧稳定化阶段(AP)和随后的稳定电弧阶段(SP)期间控制所述热丝进给装置(150)和冷丝进给装置(35)；其特征在于，所述电弧稳定化阶段(AP)包括至少一个初始子阶段(IS)和至少一个随后的主要子阶段(MS)，并且所述控制单元(31)适合于控制所述热丝进给装置(150)以：
在所述初始子阶段(IS)期间以恒定进给速度进给所述热丝(4、12)；
在所述主要子阶段(MS)期间以恒定进给速度进给所述热丝(4、12)；并且
在所述稳定电弧阶段(SP)期间至少取决于传递通过所述热丝(4、12)的焊接电流连续地调节所述热丝(4、12)的进给速度；
并且所述控制单元(31)也适合于控制所述冷丝进给装置(35)以：
在所述主要子阶段(MS)期间以恒定进给速度进给所述冷丝(22)；并且
在所述稳定电弧阶段(SP)期间取决于至少一个热丝(4、12)进给速度连续地调节所述冷丝(22)的进给速度。
15.根据权利要求14所述的焊接装置(1)，其中所述控制单元(31)适合于在所述初始子阶段(IS)期间将朝着所述工件的方向上的所述冷丝(22)的进给速度保持在等于或低于9cm/min。
16.根据权利要求14或15所述的焊接装置(1)，其中所述控制单元(31)适合于在所述初始子阶段(IS)期间保持所述冷丝(22)静止。
17.根据权利要求14所述的焊接装置(1)，其中所述控制单元(31)适合于控制所述热丝进给装置(150)以在整个电弧稳定化阶段(AP)期间保持所述热丝(4、12)的进给速度恒定。
18.根据权利要求14所述的焊接装置(1)，其中所述控制单元(31)适合于控制所述热丝进给装置(150)以在一个子阶段(IS、MS、FS)期间为所述热丝(4、12)提供一个进给速度并且在另一子阶段(IS、MS、FS)期间为所述热丝(4、12)提供另一进给速度。
19.根据权利要求14所述的焊接装置(1)，其中所述控制单元(31)适合于为所述电弧稳定化阶段(AP)提供在1-6秒范围内的预定长度。
20.根据权利要求14所述的焊接装置(1)，所述焊接装置(1)包括用于朝着所述工件进给多于一个热丝(4、12)的至少一个热丝进给装置(150)。
21.根据权利要求14所述的焊接装置(1)，所述焊接装置(1)包括用于朝着所述工件进给多于一个冷丝(22)的至少一个冷丝进给装置(35)。
22.根据权利要求14所述的焊接装置(1)，所述焊接装置(1)包括在所述电弧点火阶段(IP)期间适于检测电弧的存在的至少一个电弧检测装置，并且其中所述控制单元(31)适合于当接收到来自所述电弧检测装置的、指示电弧(40)的存在的信号时立即启动所述电弧稳定化阶段(AP)。
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