CN104289795A

CN104289795A - 窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备及焊接方法

Info

Publication number: CN104289795A
Application number: CN201410487923.4A
Authority: CN
Inventors: 张富巨; 张瑞; 王宇飞; 何浩; 李志勇
Original assignee: Wuhan Na Ruige Intelligence Devices S R L
Current assignee: Wuhan Na Ruige Intelligence Devices S R L
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2015-01-21

Abstract

本发明涉及一种窄间隙/超窄间隙气体保护(MAG/MIG)自动焊接设备及焊接方法。设备包括送丝机构，其上部安装丝盘，下部安装三维自适应对中装置，该对中装置下部固定板式焊枪，该板式焊枪下部安装自适应对中传感器，焊枪下部中间有气体分流装置，该分流装置下部与保护喷嘴连接；还有焊枪高度调节机构。焊接方法步骤包括确定焊接坡口形式和尺寸、焊丝侧偏角、熔敷方式、确定根部间隙及各焊层的热输入功率，以及焊接参数。本发明优点：能实现各种窄间隙/超窄间隙焊接坡口条件下的自适应智能跟踪焊缝轨迹，具有超低的焊接飞溅率，能高效率可靠保护各种焊接工艺条件下的焊接高温区，设备经久耐用，焊接质量高、稳定可靠、工作效率高、大幅度降低焊接生产成本。

Description

窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备及焊接方法

技术领域

本发明涉及一种窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备及焊接方法，是窄间隙/超窄间隙混合气体保护焊和惰性气体保护焊（NG/UNG-MAG/MIG），亦称为窄间隙/超窄间隙(MAG/MIG)焊，属于焊接技术领域。

背景技术

随着科学技术的高速发展和市场竞争的日益激烈，现代工业对更高生产效率更低生产成本的要求日益迫切，这将导致化工装备，能源装备、交通运输装备、国防装备等现代工业装备愈来愈高强化，高参数化和大型化，于是高参数化和大型化装备制造的最大问题，是焊接工程量巨大，焊接效率与制造周期间的矛盾日益尖锐和突出。窄间隙焊接技术、超窄间隙焊接技术是解决上述矛盾最有效的技术途径。“窄间隙焊接”的概念自上世纪六十年代初美国工程师提出以来，历经五十余年的发展，已非常成熟并获得较广泛应用的窄间隙焊接技术主要有两种方法：即窄间隙埋弧焊和窄间隙氩弧焊，这两种方法均为电弧焊，前者为渣壁过渡，后者为无熔滴过渡，弧焊过程稳定可靠，且均比传统技术的焊接生产率有所提高，但各自存在的方法固有局限性大大制约了其应用的广泛性，如：窄间隙埋弧焊基本用于平焊，难以用于立焊、横焊等空间位置；焊接坡口填充面积降低幅度有限，其节约焊丝和电能的幅度较小；焊接热输入很大，焊态接头的力学性能不理想，通常必须通过焊后热处理来调整接头力学性能，焊接调质高强钢、高合金钢时该问题更加突出；由于焊接坡口的填充面积降低有限，焊接残余应力和残余变形的减低也非常有限；而窄间隙氩弧焊广泛的应用形式是热丝脉冲氩弧焊，其最大局限性是焊接生产率太低，仅与涂条焊条电弧焊相当，在大厚板、超厚板结构的巨大焊接工程量面前毫无竞争力。既可以有效克服上述窄间隙焊接方法的局限性，又能真正凸现窄间隙焊接技术的更高焊接生产率，当属窄间隙熔化极气体保护焊（即窄间隙MAG/MIG焊）方法，该方法的研发历史已有四十余年了，产生了大量的研究报道和专利，但迄今为止尚未在工业生产领域得到真正的规模应用，更谈不上广泛应用了，其原因在于现有技术尚存在下述局限性：

1、现有技术未能解决电弧工作的高度稳定性和超低要求的焊接飞溅率，位于窄间隙焊接坡口内的喷嘴，导电嘴极易由于飞溅堆积而破坏了保护气流态和稳定送丝，导致焊接过程中断或高温区保护不可靠；

2、现有技术未能很好解决狭窄坡口内焊接高温区的高可靠性气体保护问题，导致焊接气孔的缺陷几率较高，焊缝金属的冶金纯净度降低；

3、现有技术虽然比较重现了狭窄坡口下窄间隙焊枪自适应跟踪焊缝轨迹的控制技术研发，但尚未见到完全适应窄间隙坡口，具有很高抗干扰能力和跟踪精度的窄间隙MAG/MIG焊用自适应跟踪技术，这是制约该技术广泛应用的最重要原因；

4、现有技术的焊枪设计优化与制造技术尚未与窄间隙MAG/MIG焊的高可靠性要求配套；

5、完善的超窄间隙MAG/MIG焊接技术应是系统工程，必须保证电源技术、气体保护技术、焊缝轨迹跟踪技术、焊枪设计制造技术、焊接工艺技术五大技术系统协同一致，现有技术中关于窄间隙MAG/MIG焊接条件下的焊接工艺技术开发严重滞后，如根部焊道未见强迫成形之外的单面焊双面成形技术，侧壁均匀熔合控制未见波浪焊丝和摆动电弧之外的更可靠技术等，这是制约该技术广泛应用的原因之一。

发明内容

本发明中所述窄间隙、超窄间隙是焊件上所开的焊接坡口的特征。在窄间隙、超窄间隙特征下可以使用混合气体保护焊和惰性气体保护焊方法, 即MAG/MIG；也可以使用埋弧焊方法，即SAW；还可以使用氩弧焊方法，即TIG。本发明是窄间隙和超窄间隙特征下的混合气体保护焊和惰性气体保护的自动焊接设备及焊接方法，MAG/MIG是混合气体保护焊和惰性气体保护焊的英文缩写，“窄间隙/超窄间隙MAG/MIG” 是中文特征加英文混合气体保护焊和惰性气体保护焊缩写的焊接术语，全中文表述是“窄间隙/超窄间隙混合气体保护焊和惰性气体保护焊”，全英文缩写是“NG/UNG-MAG/MIG”。

本发明的一个目的在于，克服现有技术的局限性，提供一种窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，具有优异可靠性的板式窄间隙/超窄间隙焊枪，整机硬件系统，是为本发明的窄间隙/超窄间隙焊接方法专用配套的设备；该自动焊接设备既可以用于窄间隙焊，也可以用于超窄间隙焊，具有超低的焊接飞溅率，可以高效率可靠保护各种焊接工艺条件下的焊接高温区，设备经久而耐用，能实现各种窄间隙/超窄间隙焊接坡口条件下的自适应智能跟踪焊缝轨迹；焊接质量高、稳定可靠、工作效率高。

本发明的另一个目的在于，提供一种窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接方法，它是使用本发明的自动焊接设备进行焊接的方法，该方法操作容易，自动化控制程度高，确保焊接质量和提高工作效率。

本发明的技术方案是：

一种窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，包括送丝机构，其上部安装一个丝盘，下部安装三维自适应对中装置；所述三维自适应对中装置下部绝缘固定一个外层有绝缘层且送丝通道中心线与焊丝轴线重合的板式焊枪；所述板式焊枪下部安装一个自适应对中传感器，板式焊枪下部的中间有气体分流装置；所述气体分流装置下部与保护喷嘴连接；还有水/气管路、焊枪高度调节机构、自动焊接操作机构、弧焊电源和冷却柜，以及控制柜；

所述三维自适应对中装置用于自适应跟踪焊缝轨迹，实现板式焊枪在窄间隙/超窄间隙焊接坡口内三维方向的自适应对中调节；自适应对中传感器用于调节驱动三维自适应对中装置；板式焊枪外层有绝缘层，用于与焊件之间高温绝缘；板式焊枪是一种多功能集成焊枪，用于包括送丝、送一次保护气、单独送前方向的或单独送后方向的二次保护气、冷却焊枪用进水和回水、以及传导焊接电流。

进一步的技术方案是：

所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其焊枪高度调节机构与送丝机构连接，用于调节送丝机构、板式焊枪、三维自适应对中装置和丝盘沿焊件厚度方向的准确高度。

所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其自动焊接操作机选自具有柔性/刚性轨道的自动焊小车，或具有地面固定轨道的十字操作机，或具有地面固定轨道的龙门操作机。

所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其弧焊电源是电弧的供电装置，该电源弧长恒定控制精度为给定弧长Lα±0.004。所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其冷却柜是板式焊枪4的自循环冷却系统，包括水箱、水泵、空冷散热器、水位、水温指示和排水阀，以及单向阀。

所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其控制柜是控制系统集成，控制器件包括PLC、接触器、继电器、断路器、触摸屏、伺服控制器、开关、指示灯和显示器，以及电位器。

本发明的一种用权利要求1所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，包括下述步骤：

A、确定焊接坡口型式与尺寸；

B、确定焊丝侧偏角；

C、确定熔敷方式；

D、确定根部组装间隙；

E、确定各层焊接热输入和焊接参数。

进一步的技术方案是：

所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，所述确定焊接坡口型式与尺寸是按焊件厚度和焊件结构尺寸确定，板厚为20mm～300mm，选用窄间隙焊接坡口，或超窄间隙焊接坡口：当为窄间隙坡口时，坡口根部组装间隙b为0～3mm，钝边高度P为2～3mm， R为3 mm～4 mm，上部开口间隙G为13mm～20mm，相同板厚时，双面坡口的上部开口间隙G比单面坡口的G要小10%～20%；

当为超窄间隙坡口时，坡口根部组装间隙b和钝边高度P与窄间隙坡口相近，根部R为1.5mm～2.0mm，开口间隙G为10mm～12mm；

所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，所述确定焊丝侧偏角是确定双丝侧偏角：当为窄间隙焊接坡口时，焊丝侧偏角大于3度；当为超窄间隙焊接坡口时，焊丝侧偏角等于零度，即焊丝无需侧偏，焊丝居中解决两侧壁同时熔合。

所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，所述确定熔敷方式：当为窄间隙焊接坡口时，采用每层两道熔敷方式；当为超窄间隙焊接坡口采用每层一道熔敷方式。

所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，所述确定根部组装间隙：强迫成型时为5 mm～9mm ，自由成型时为2 mm～3mm。

所述确定各焊层焊接热输入和焊接参数：填充焊层为9KJ/cm～11 KJ/cm，根部焊道和盖面焊道一般为7 KJ～10KJ/cm；焊接参数还包括焊丝伸出长度、弧压修正值、熔滴过渡力、焊丝回烧时间、焊丝直径，以及一次保护气和二次保护气流量。

所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，：焊接参数包括焊丝伸出长度15mm～18mm，弧压修正为6～12，熔滴过渡力-0.3，焊丝回烧时间为7，焊丝直径为1.2mm，一次保护气和二次保护气流量18L/min～25L/min。

本发明的方法与设备具有以下优点和显著的技术效果：

1.本发明的硬件设备集成系统，同时解决了机械自适应跟踪、高度稳定的熔滴过渡和超低的焊接飞溅率、两侧壁的可靠熔合、低耗气量条件下的可靠气体保护四大关键问题，且硬件系统简单、可靠性高、寿命长；

2.采用超窄间隙焊接坡口和双枪固定侧弯技术来解决两侧壁的可靠熔合，较传统技术具有更高的可靠性；

3.仅在焊枪上更换导电嘴、气体分流装置和喷嘴三个小体积的零部件，即可实现一套硬件设备系统同时适用于窄间隙MAG/MIG自动焊接和超窄间隙MAG/MIG自动焊接，设备利用率高的同时兼具有工艺应用的广泛性和灵活性；

4.采用超窄间隙MAG/MIG自动焊接工艺时，其焊接坡口的填充面积较窄间隙MAG/MIG自动焊接的坡口面积又下降18%～25%；若将超窄间隙MAG/MIG自动焊接直接与传统技术下的MAG/MIG、埋弧焊、药芯焊丝电弧焊比较，坡口填充面积下降了65%～80%，这将带来焊丝消耗、电能消耗、保护气体的消耗减少65%～80%，焊接生产率将成倍提高，接头力学性能更高，焊接生产成本成倍的下降；

5.采用合理的钝边尺寸和根部间隙尺寸，以及合理的焊接热输入功率，可实现超窄间隙焊接坡口条件下单面焊接双面自由成形，且100%熔透，反面清根工序时间几乎可以忽略。

附图说明

附图1是本发明的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备集成系统示意图，虚线内的零部件集成后称为自动焊机头；

附图2是窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接对接接头单面焊双面成形工艺的焊接坡口形状和尺寸示意图；

附图3是窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接对接接头双面焊接工艺的焊接坡口形状和尺寸示意图；

附图4是本发明双丝双枪焊枪结构组合与水、气流向，和焊丝通道示意图；

附图5是单丝单枪结构组合与水、气流向和焊丝通道示意图；

附图6是双丝双枪工艺应用时的双丝固定侧偏分工示意图；

附图7是窄间隙气体保护自动焊接时单面焊接工艺的每层两道焊缝熔敷方式示意图；

附图8是窄间隙气体保护自动焊接时双面焊接工艺的每层两道焊缝熔敷方式示意图；

附图9是焊丝居中工艺应用示意图；

附图10是焊丝居中超窄间隙气体保护自动焊时单面焊接工艺单层单道焊缝熔敷方式示意图；

附图11是焊丝居中超窄间隙气体保护自动焊时双面焊接工艺单层单道焊缝熔敷方式示意图；

如附图1～附图11所示，1.送丝机构，2.三维自适应对中装置，3.水/气管路，4.板式焊枪，5.自适应对中传感器，6.焊丝，7.焊接坡口，7a.左侧坡口，7b.右侧坡口，8.焊件，9.焊缝，10.电弧，11.焊丝盘，12.焊枪高度调节机构，13.自动焊接操作机，14.控制线缆/焊接电缆，15.弧焊电源，16.冷却柜，17.控制柜，18.保护气气源，19.枪间绝缘板，20.气体分流装置，21.保护喷嘴，22.一次保护气，23.进水，24.回水，25.二次保护气。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：

实施例1：是本发明的一个基本实施例。如图1、4、5所示，一种窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，包括送丝机构1，其上部安装一个丝盘11，下部安装三维自适应对中装置2；所述三维自适应对中装置2下部绝缘固定一个外层有绝缘层且送丝通道中心线与焊丝6轴线重合的整体的板式焊枪4；所述板式焊枪4下部安装一个自适应对中传感器5，板式焊枪4下部的中间有气体分流装置20；所述气体分流装置20下部与保护喷嘴21连接；还有水/气管路3、焊枪高度调节机构12、自动焊接操作机构13、弧焊电源15和冷却柜16，以及控制柜17，控制线缆/焊接电缆14和保护气气源18。

所述三维自适应对中装置2用于自适应跟踪焊缝轨迹，实现板式焊枪4在窄间隙/超窄间隙焊接坡口7内三维方向的自适应对中调节；自适应对中传感器5用于调节驱动三维自适应对中装置2；板式焊枪4外层有绝缘层，用于与焊件之间高温绝缘；板式焊枪4是一种多功能集成焊枪，用于包括送丝、送一次保护气22、单独送前方向的或单独送后方向的二次保护气25（亦称为后拖保护气）、冷却焊枪用进水23和回水24、以及传导焊接电流。

实施例2：是进一步的实施例。如图1所示，所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其焊枪高度调节机构12与送丝机构1连接，用于调节送丝机构1、板式焊枪4、三维自适应对中装置2和丝盘11沿焊件8厚度方向的准确高度；可用交流伺服电机驱动滚珠丝杆，在丝杆螺母上固装板式枪4的机构方案，也可用任意可以实现上述传动功能的其它机构方案；板式焊枪4高度的调节行程与设备型号的最大可焊板厚相匹配，该行程一般应大于最大可焊件8板厚50mm左右。

如图1所示，所述的自动焊接操作机13依据焊件8的结构形状和尺寸的不同，可以为不同的结构类型，通常应用有以下三种型式：选用具有柔性/刚性轨道的自动焊小车，或具有地面固定轨道的十字操作机，或具有地面固定轨道的龙门操作机。当焊件8为安装位置或非固定工位的长直焊缝和环缝，可通过将柔性/刚性轨道先安装在与焊缝平行的适当位置，再将自动焊小车安装在柔性/刚性轨道上，自动焊小车在与焊缝平行的柔性/刚性轨道上行走，即电弧沿焊缝长度方向移行；长直焊缝、小曲率曲面直缝可用柔性轨道，对于固定直径的圆柱形环缝，可用刚性轨道；该种应用可用于平焊、立焊、横焊和全位置焊。当焊件8为回转体结构如管道、筒体且位于制造位置固态工位时，十字操作机加地面固定轨道为首选方式；此时自动焊机头应安装在十字操作机横臂的端部，回转体焊件8放置在焊接辊轮架上，焊件8旋转速度为焊接速度，自动焊机头可位于回转体焊件8内部的时钟六点位置或外部的时钟十二点位置，该应用一般为平焊位置，可焊环缝对接，环缝搭接或环缝角接；焊回转体焊件8的纵缝时，无需焊接辊轮架旋转，此时十字操作机应沿地面固定轨道行走。当焊件8为焊板结构，有多条平行的长直缝和有90°相交的长直缝，且焊接过程中需频繁变位如长直缝双面对称焊接时，应首选龙门操作机加地面固定轨道方式；此时自动焊机头应安装在龙门操作机的横梁上，且在横梁上可横向行走；龙门操作机在地面固定轨道上可纵向行走；板焊结构焊件8的纵缝由龙门操作机纵向行走来完成，而板焊结构焊件8的横缝则由自动焊机头在横梁上横向行走来完成；板焊结构焊接8通常用变位机夹持在龙门架下方两条地面固定轨道之间；该应用方式通常为平焊位置作业。

如图1所示，所述的弧焊电源15是电弧10的供电装置，其性能很大程度上决定着窄间隙/超窄间隙MAG/MIG焊接过程的可靠性和稳定性。该电源15的选择需同时满足下述条件：弧长恒定控制精度为极高如给定弧长Lα±0.004。熔滴过渡高度稳定，具有超低的焊接飞溅率小于0.5％。焊丝6的熔化与熔滴过渡特性具有多因素多参数协同调控和优化能力。弧长的恒定情况可通过实时电弧电压的现测来评价，而熔滴过渡的稳定性可通过电弧电流和电弧电压的波形，或检测焊接飞溅率来评价。可满足窄间隙/超窄间隙MAG/MIG焊接过程可靠性和稳定性的弧焊电源，也可用下述简易方法来评价；电弧稳定工作期间，电压的波动幅度小于等于0.2伏；电弧正常工作周期内，不能连续出现数颗直径大于0.5mm的飞溅，焊缝附近基本无熔敷到来焊接坡口侧壁上的飞溅颗粒。能满足上述要求的弧焊电源的弧－源系统需具有极可靠极灵敏的弧长自调节特性，且与送丝系统有高灵敏高响应速度的协同控制能力，同时对熔滴过渡力、引弧熄弧参数、电弧电压修正等，都具有精确给定和稳定控制能力。本实施例选择的奥地利Fronius公司生产的TPS-4000弧焊电源可满足上述要求。

如图1所示，所述的冷却柜16是板式焊枪4的自循环冷却系统，包括水箱、水泵、空冷散热器、水位、水温指示和排水阀，以及单向阀。循环水路较长时，应选择较高扬程如8m的水泵，流量应不低于80L/min；为防止水垢对焊枪冷却散热能力的影响，散热介质用水应选蒸馏水或纯净水。实施例选择了国产RS系列的热水循环泵产品，其输入功率为165W，最大流量80L/min，最高扬程为8米，进出口径为1英寸。

所述的控制柜17是控制系统集成，控制器件包括PLC、接触器、继电器、断路器、触摸屏、伺服控制器、开关、指示灯和显示器，以及电位器。控制柜17的功能之一，是对本发明的硬件设备系统的所有器件、机构的工作顺序和时长进行程序控制，功能之二是焊接过程中有实时控制任务时，对实时控制对象进行实时状态或偏差识别，实时控制计算和实时控制调节。功能之一在任何实际应用时都是必备的，功能之二仅在有焊枪高度激光实时跟踪、焊缝轨迹二维激光跟踪时应用。本控制柜17为通用工业技术，与工业通用的控制系统组成没有区别。

还有水/气管路3、焊接丝盘11和控制线缆/焊接线缆14，均为通用工业技术。为减少水/气管路对焊枪运动的附加阻力，自动焊接机头部分的水/气管路选用硅胶管，冷却柜16、保护气瓶18与自动焊接操作机13之间水/气主管选用有较好柔性和抗老化能力好的塑料管，如PU管。

送丝驱动一般用四轮驱动，但工艺要求焊丝6有固定侧向弯曲时应选两轮驱动；通常在丝盘11与送丝机构1的送丝驱动轮之间设置有矫直机构和弯丝机构，矫直机构用于塑性矫正焊丝6绕盘时的弯曲塑性变形，而弯丝机构仅在工艺要求焊丝6有侧向弯曲时设置，设置在末级驱动轮的进丝方向。板式焊枪4可伸入到窄间隙/超窄间隙的焊接坡口7内工作，也可位于焊接坡口7外工作；位于焊接坡口7外工作时应更换坡口外专用气体分流装置20和喷嘴21，坡口外喷嘴21要比坡口内喷嘴21的横向气体保护范围宽4～6倍。如图4、5所示气体分流装置20用于将板式焊枪4中送丝兼一次保护气22通道的一路一次保护气体22均匀分解到导电嘴的周向并呈层流流态，而保护喷嘴21的功能之一是将一次保护气22和二次保护气25分隔开，双向二次保护气25分隔开；功能之二是通过减压、减压、匀流手段使一次保护气22在其全保护范围内呈层流流态。自适应对中传感器5安装于板式焊枪4的下部，单丝单枪和双丝双枪均分别在其前后方向各安装一只；当伸入到焊接坡口7内的焊枪4高度尺寸很大时如大于100mm，需要在焊接坡口7的下部板式焊枪4的前后方向再安装两只传感器5；该传感器5在感知板式焊枪4的结构中心平面与当前焊接坡口7的中心平面之间的偏差同时，还为板式焊枪4的对中调节提供机械驱动力。

实施例3：是用本发明的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法基本实施例，包括下述步骤：

A、确定焊接坡口型式和尺寸；

B、确定焊丝侧偏角；

C、确定熔敷方式；

D、确定根部组装间隙；

E、确定各层焊接热输入和焊接参数。

实施例4：是用本发明的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法进一步实施例。所述的确定焊接坡口型式和尺寸是按焊件厚度和焊件结构尺寸：板厚为20mm～300mm，选用窄间隙焊接坡口，或超窄间隙焊接坡口；

如图2、3所示，当为窄间隙坡口时，坡口根部组装间隙b为0～3mm，钝边高度P为2 mm～3mm，R为3 mm～4 mm，上部开口间隙G为13mm～20mm，相同板厚时，双面坡口的上部开口间隙G比单面坡口的G要小10%～20%；

如图6所示，所述的确定焊丝侧偏角是确定双丝侧偏角：当为窄间隙焊接坡口时，焊丝侧偏角大于3度；采用两种方法综合控制，即导电嘴偏丝孔加弯丝机构联合作用。弯丝机构的作用是将进入导电嘴之前的焊丝产生固定偏向的塑性弯曲变形；窄间隙焊接坡口时采用上述侧偏技术，当为超窄间隙焊接坡口时，焊丝侧偏角等于零度，即焊丝无需侧偏，焊丝居中解决两侧壁同时熔合。

所述的确定熔敷方式：当为窄间隙焊接坡口时，采用每层两道熔敷方式；当为超窄间隙焊接坡口采用每层一道熔敷方式。

如图2、3所示，所述的确定根部组装间隙：视坡口加工方法和根部焊道成型方式而定，强迫成型时为5 mm～ 9mm ，自由成型时为2 mm～3mm。

所述的各层焊接热输入和焊接参数：填充焊层为9KJ/cm～11 KJ/cm，根部焊道和盖面焊道为7 KJ ～10KJ/cm；焊接参数还包括焊丝伸出长度、弧压修正值、熔滴过渡力、焊丝回烧时间、焊丝直径，以及一次保护气和二次保护气流量。

如图7所示，单面焊接双面成形；单面焊接时无需清根，如图8所示，双面焊接时反面清根时间可以忽略。

实施例5：是用本发明的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法一个优选的实施例。与实施例4不同的是：所述的焊接电流160A～220A，电弧电压22伏～28伏，焊接速度260mm/min～360mm/min；焊丝伸出长度15mm～18mm，弧压修正为6～12，熔滴过渡力-0.3，焊丝回烧时间为7，焊丝直径为1.2mm，一次保护气和二次保护气流量18L/min～25L/min。本发明通过诸焊接参数的优化匹配和精细调节，可实现焊接过程中完全无较大颗粒的飞溅，熔滴过渡高度稳定、焊缝成形均匀一致，焊缝表面有金属光泽，两侧壁能可靠均匀熔合。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims

1.一种窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其特征在于，包括送丝机构（1），其上部安装一个丝盘（11），下部安装三维自适应对中装置（2）；所述三维自适应对中装置（2）下部绝缘固定一个外层有绝缘层且送丝通道中心线与焊丝（6）轴线重合的板式焊枪（4）；所述板式焊枪（4）下部安装一个自适应对中传感器（5），板式焊枪（4）下部的中间有气体分流装置（20）；所述气体分流装置（20）下部与保护喷嘴（21）连接；还有水/气管路（3）、焊枪高度调节机构（12）、自动焊接操作机构（13）、弧焊电源（15）和冷却柜（16），以及控制柜（17）。

2.根据权利要求1所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其特征在于,焊枪高度调节机构（12）与送丝机构（1）连接，用于调节送丝机构（1）、板式焊枪（4）、三维自适应对中装置（2）和丝盘（11）沿焊件（8）厚度方向的准确高度。

3.根据权利要求1所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其特征在于,自动焊接操作机（13）选自具有柔性/刚性轨道的自动焊小车，或具有地面固定轨道的十字操作机，或具有地面固定轨道的龙门操作机。

4.根据权利要求1所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其特征在于,弧焊电源（15）是电弧（10）的供电装置，该电源（15）的弧长恒定控制精度为给定弧长Lα±0.004。

5.根据权利要求1所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其特征在于,冷却柜（16）是板式焊枪（4）的自循环冷却系统，包括水箱、水泵、空冷散热器、水位、水温指示和排水阀，以及单向阀。

6.根据权利要求1所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备，其特征在于,控制柜（17）是控制系统集成，控制器件包括PLC、接触器、继电器、断路器、触摸屏、伺服控制器、开关、指示灯和显示器，以及电位器。

7.一种用权利要求1所述的窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括下述步骤：

A、确定焊接坡口形式和尺寸；

B、确定焊丝侧偏角；

C、确定熔敷方式；

D、确定根部组装间隙；

E、确定各焊层焊接热输入和焊接参数。

8.根据权利要求7所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，其特征在于, 所述确定焊接坡口形式与尺寸是按焊件厚度和焊件结构尺寸确定，板厚为20mm～300mm，选用窄间隙焊接坡口，或超窄间隙焊接坡口：

当为窄间隙坡口时，坡口根部组装间隙b为0～3mm，钝边高度P为2～3mm， R为3 mm～4 mm，上部开口间隙G为13mm～20mm，相同板厚时，双面坡口的上部开口间隙G比单面坡口的G要小10%～20%；

当为超窄间隙坡口时，坡口根部组装间隙b和钝边高度P与窄间隙坡口相近，根部R为1.5mm～2.0mm，开口间隙G为10mm～12mm。

9.根据权利要求7所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，其特征在于, 所述确定焊丝侧偏角是确定双丝侧偏角：当为窄间隙焊接坡口时，焊丝侧偏角大于3度；当为超窄间隙焊接坡口时，焊丝侧偏角等于零度，即焊丝无需侧偏，焊丝居中解决两侧壁同时熔合。

10.根据权利要求7所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，其特征在于, 所述确定熔敷方式：当为窄间隙焊接坡口时，采用每层两道熔敷方式；当为超窄间隙焊接坡口采用每层一道熔敷方式。

11.根据权利要求7所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，其特征在于, 所述确定根部组装间隙强迫成型时为5 mm～ 9mm ，自由成型时为2 mm～3mm。

12.根据权利要求7所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，其特征在于, 所述确定各焊层焊接热输入和焊接参数：填充焊层为9KJ/cm～11 KJ/cm，根部焊道和盖面焊道为7 KJ ～10KJ/cm；焊接参数还包括焊丝伸出长度、弧压修正值、熔滴过渡力、焊丝回烧时间、焊丝直径，以及一次保护气和二次保护气流量。

13.根据权利要求12所述的用窄间隙/超窄间隙气体保护自动焊接设备的焊接方法，其特征在于, 焊接参数包括焊丝伸出长度15mm～18mm，弧压修正为6～12，熔滴过渡力-0.3，焊丝回烧时间为7，焊丝直径为1.2mm，一次保护气和二次保护气流量18L/min～25L/min。