CN104321157A - 电弧焊方法以及具有第一和第二电极的电弧焊装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电弧焊装置(1)的电弧焊方法，该电弧焊装置(1)包括第一电源、与所述第一电源连接的第一电极(2)以及第二电极(7)，所述第一电极(2)用于通过存在于第一电弧区域(31)内的第一电弧而产生焊池(28)，所述第二电极(7)用于通过存在于第二电弧区域内的第二电弧而产生所述焊池。第一电极(2)在用于保持所述第一电弧点火的焊接参数下操作。第二电极(7)在用于保证需要来自至少所述第一电极(2)的多余能量来保持所述第二电弧点火的焊接参数下操作。该方法包括以下步骤：供给所述第二电极(7)，以使得它能够消耗来自所述第一电极(2)的多余能量来保持所述第二电弧点火。本发明还涉及一种用于执行该方法的电弧焊装置(1)。

Description

电弧焊方法以及具有第一和第二电极的电弧焊装置
技术领域
本发明涉及一种用于电弧焊的方法。特别是，本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电弧焊方法，其中，焊接通过具有至少两个接触装置的焊头来进行，各接触装置与相应电极和相应电源连接，以便能够在电极和工件之间电弧点火。本发明还涉及用于执行所述方法的装置。
背景技术
通过连续供给电极来进行的电弧焊以多种技术来进行。这些技术包括：埋弧焊，其中，焊接在焊剂保护层下进行；以及气体金属电弧焊，其中，焊接在保护气体屏蔽下进行。
为了提高生产率，已经提出在焊接处理中使用多个电极。已知这种焊接处理是串联和双重焊接方法，它们用于在焊接时提高生产率。
串联焊接是这样的焊接技术，其中，两个独立的电极布置成在公共焊池中进行焊接。
两个电极各自与单独的电源连接，这样，包括电流和电压的焊接条件能够对于多个电极独立地控制。电极能够以多种设置来安装，例如电极定位成相对于焊接方向沿横向方向移出，或者定位成沿焊接方向相互在一定距离处。在电极沿横向方向移出的情况下，它们可以并排定位。这用于需要较宽接头的表面焊接或特殊点。并排焊接导致较低穿透和更大宽度。
也可选择，电极定位成沿焊接方向相互在一定距离处。在这种情况下，沿焊接方向的第一电极通常称为前导电极，而第二电极通常称为拖曳电极。通常，前导电极和拖曳电极在焊接处理中起到不同的作用。例如，已知控制前导电极以便获得合适的穿透程度，而拖曳电极控制焊道的外观、轮廓和填充。
串联焊接能够提高沉积速率，因此提高焊接的经济性。串联焊接还由于能够分配给前导电极和拖曳电极不同的任务而提高焊接质量。为了能够向不同电极分配不同的任务，电极应当优选是足够接近，以便使得两个电极能够在公共的单个焊池中操作。在电极相互离开太远的情况下，由前导电极产生的焊池可能在拖曳电极到达熔潭之前固化。在这种情况下，两个电极或多或少地执行两个连续焊接通道的任务。
双重焊接与串联焊接类似，区别点在于电极与相同电源连接。
用于提高沉积速率的另一方法是添加一个或多个可消耗电极，该可消耗电极在不形成电弧的情况下熔化。这些电极有时称为冷线，而布置成产生电弧的电极称为热线。冷线连续供给至一个或多个热线的电弧中，同时冷线通过由所述热线产生的多余能量而熔化。电流可以通过冷线的一部分来传递，用于它的加热。
将冷线材料引入焊池中可以导致提高焊接合金的组分控制，这可以导致提高焊接。将冷线材料供给焊池中可以导致生产率提高直到100％，同时优化焊接参数。换句话说，冷线能够在不增加热输入的情况下有更高的沉积速率。
与冷线相关联的问题是当冷线并不匀速熔化时它们有时增加了焊接处理的不稳定性。它们还可能穿过熔池撞上母体材料。这可能引起焊接缺陷和在焊接金属中包含未熔化的冷线材料。还有，能够加入焊池的冷线量受到由热线产生的多余能量大小的限制。
本发明的第一目的是提供一种高效的电弧焊方法，该电弧焊方法能够提高生产率。
本发明的第二目的是提供一种电弧焊装置，该电弧焊装置能够提高生产率和更高效地焊接。
发明内容
本发明的第一目的通过一种将用于焊接装置的电弧焊方法来实现。焊接装置包括：第一电源；第一线供给器，用于供给第一电极；以及第二线供给器，用于供给第二电极。焊接装置还包括电弧焊焊头，该电弧焊焊头包括：第一接触装置，该第一接触装置容纳用于引导第一电极的第一导管，并提供在所述第一电源和所述第一电极之间的电接触；以及第二接触装置，该第二接触装置容纳用于引导第二电极的第二导管，并提供在所述电源和所述第二电极之间的电接触。第一和第二接触装置相互电绝缘。第一电极用于作用在工件上，用于通过存在于第一电极和工件之间并在第一电弧区域内的第一电弧而产生焊池，所述第二电极用于作用在所述工件上，用于通过存在于第二电极和工件之间并在第二电弧区域内的第二电弧而产生所述焊池。这样产生的热量将帮助熔化电极材料，且这样产生的磁场将帮助金属从电极传递至焊池。
第一电极在保持所述第一电弧点火和将熔融电极材料从所述第一电极传递给所述焊池的焊接参数下操作。也就是，第一电极的焊接参数是这样，使得第一电源能够单独保持电弧点火和将熔融电极材料从第一电极传递给焊池。第二电极在保证需要来自至少所述第一电极的多余能量来保持所述第二电弧点火和将熔融电极材料从所述第二电极传递给所述焊池的焊接参数下操作。
该方法包括以下步骤：将所述第二电极供给至第一电弧区域内或附近，以使得所述第二电极能够消耗来自第一电极的多余能量来点火和保持所述第二电弧，并将熔融电极材料从所述第二电极传递给所述焊池。第二电极的焊接参数为这样，使得来自电源的功率和来自第一电极的消耗多余能量一起足够点火和保持在第二电极和工件之间的电弧，并熔化第二电极的一部分和将熔融电极材料从所述第二电极传递给焊池。换言之，第二电极以这样的焊接参数来操作，该焊接参数保证直接从第二电源接收的功率并不足以使在第二电极和工件之间的电弧点火。当然，少量的熔融金属可以意外地和不可控制地从所述第二电极传递给所述焊池。将来自第一电极的多余能量传递给第二电极使得能够在从第二电源输入很小能量的情况下提高沉积速率。这能够提高生产率，因为焊接处理通常受到希望使得能量输入保持在可接受水平的限制(太多能量输入将破坏要焊接的工件)。
第二电极是半热线。半热线与热线的区别在于它自身不能产生电弧和将熔融电极材料传递至工件，因为电极以这样的焊接参数来控制，该焊接参数限制从相应电源向半热线传递的能量大小。半热线与(预热)冷线的区别在于半热线布置成接收和将焊接电流传递给工件，而预热的冷线与用于将电极加热电流传递离开冷线的线路连接。焊接电流向工件的传递通过将半热线布置在热线附近来实现，这样，半热线能够吸收来自所述热线的多余能量，以便产生电弧和开始金属向工件的传递。
金属传递可以在短路处理、在球状处理、在喷射电弧处理和在埋弧焊中发生。
优选是，第二电极供给至第一电弧区域中，以便保证它消耗来自第一电极的多余能量。
也可选择，电弧焊焊头包括第三接触装置，该第三接触装置容纳用于引导第三电极的第三导管，并提供在电源和所述第三电极之间的电接触。第三电极用于作用在所述工件上，用于通过存在于第三电极和工件之间并在第三电弧区域内的第三电弧而产生所述焊池。第一和第三电极向前供给，以使得所述第一和第三电弧区域有交叠区域。第三电极可以在保持第三电弧点火和将熔融金属从所述第三电极传递给所述焊池的焊接参数下操作。该方法还可以包括以下步骤：将所述第二电极供给至第一和第三电弧区域的交叠区域内或附近，以使得第二电极能够消耗来自第一和第三电极的多余能量来点火和保持所述第二电弧点火，并将熔融电极材料从所述第二电极传递给所述焊池。
在一个实施例中，第一和第三电极产生相同的尺寸和圆锥形状的电弧区域。电极以这样的方式供给，使得在它们的端部部分中心轴线之间的距离小于由一个所述电极产生的电弧圆锥在焊池表面处测量的圆锥直径。
优选是，第二电极供给至第一和第三电弧区域的交叠区域，以便保证第二电极将消耗来自所述第一和第三电极的多余能量。
包括第三热线的这种方案使得第二电极能够消耗来自所述第一和第三电极的多余能量。用于该目的的合适电极结构是将第二电极定位在第一和第三电极之间。
第一和第二电极可以通过相同电源来供电。也可选择，第一和第二电极可以通过不同电源来供电。
第一、第二和第三电极可以通过相同电源来供电。也可选择，第一和第二电极可以通过一个电源来供电，而第三电极由不同电源来供电。还可以通过相同电源来向第一和第三电极供电，并通过不同电源来向第二电极供电。最后，能够使得第一、第二和第三电极由不同电源供电。
第三电极还可以在保证需要来自至少一个另外电极的多余能量来保持所述第三电弧点火和将熔融电极材料从所述第三电极传递给所述焊池的焊接参数下操作。在该实施例中，该方法包括以下步骤：将所述第三电极供给至所述第一电弧区域附近，优选是供给至所述第一电弧区域内，以便点火和保持所述第三电弧，并将熔融电极材料从所述第三电极传递给所述焊池。在该实施例中，第三导管与至少第一导管隔离。也就是，焊接装置可以包括任意数目的热线或半热线。半热线能够消耗来自多于一个热线的多余能量，热线可以向多于一个半热线提供多余能量。
第一、第二和第三导管中的至少两个(优选是全部三个)平行地供给，以便保证所述电极的端部部分平行布置。
第一和第三电极可以在第一平面中供给，第二电极在第二平面中，该第二平面垂直于第一平面。这能够使得第二电极相对于第一和第三电极对称定位。第二电极相对于第一和第三电极对称定位能够允许在第二电极位置处的更稳定电弧等离子体条件。因此，能够获得更稳定的第二电极沉积速率。也可选择，第一、第二和第三电极都在第一平面中供给。
优选是，半热电极的端部部分供给至两个或更多热线的端部部分之间。这使得半热电极能够消耗来自多于一个热线的多余能量。
优选是，热线的端部部分供给至两个半热电极之间。半热线优选是位于热线的相对侧。这使得热线能够将多余能量传递给多于一个半热线。结果是更有能量效率的方案。与第二和第三电极相比，热线可以有相对较大直径。
也可选择，第二线供给器的线供给速度根据至少一个热线的一个或多个焊接参数来控制。这很有利，其中，热线的焊接参数确定了可用于帮助第二电极熔化的多余能量的大小，因此第二电极能够以该线供给速度朝着工件供给。优选是，第二电极以在功率供给速度wmax的0.2和0.9之间的线供给速度来供给，更优选是0.6和0.8之间，其中，wmax是当由第二电极消耗的多余能量等于在第二电极处点火电弧所需的能量(加上由第二电源产生的功率)时的线供给速度。
优选是，用于即使在没有来自相邻电极的多余能量的情况下也将发生熔融材料传递的电极的、在输入功率与线供给体积之间的比率保持比用于将不发生熔融材料传递的电极的比率高得多。这样，保证热量输入能够保持在较低水平，并能够获得较高的生产率。
本发明考虑了用于第二电极的焊接参数的使用，该焊接参数包括电流、电压和线供给速度，其中，用于第二电极的电流、电压和线供给速度可彼此独立地选择。
本发明还考虑了用于第一电极的焊接参数的使用，该焊接参数包括电流、电压和线供给速度。电流和电压可以是设置参数，线供给速度可以是选择为能够有稳定电弧的结果参数。也可选择，线供给速度可以是设置参数，电流自动地调节成保持电弧电压水平。焊接电流还可以保持基本恒定，而电弧电压取决于热线朝着工件供给的速率。
本发明的第二目的通过一种用于执行上述方法的电弧焊装置来实现。电弧焊装置包括第一电源、用于供给第一电极的第一线供给器和用于供给第二电极的第二线供给器。电弧焊装置还包括电弧焊焊头，该电弧焊焊头包括：第一接触装置，该第一接触装置容纳用于引导第一电极的第一导管，并提供在所述第一电源和所述第一电极之间的电接触；以及第二接触装置，该第二接触装置容纳用于引导第二电极的第二导管，并提供在第二电源和所述第二电极之间的电接触。第一和第二接触装置相互电绝缘，所述第一电极用于作用在工件上，用于通过存在于第一电极和工件之间并在第一电弧区域内的第一电弧而产生焊池，所述第二电极用于作用在所述工件上，用于通过存在于第二电极和工件之间并在第二电弧区域内的第二电弧而产生所述焊池。
第一电极布置成在用于保持所述第一电弧点火和将熔融电极材料从所述第一电极传递给所述焊池的焊接参数下操作。也就是，第一电极不需要来自其它电极的多余能量来产生所述电弧。
第二电极布置成在用于保证需要来自至少一个附加电极的多余能量来保持所述第二电弧点火和将熔融电极材料从所述第二电极传递给所述工件的焊接参数下操作。
第一和第二导管布置成使得所述第二电极供给至所述第一电弧区域附近或第一电弧区域内，以便使得所述第二电极能够消耗来自所述第一电极的多余能量来点火和保持所述第二电弧点火，并将熔融电极材料从所述第二电极传递给所述焊池。
优选是，第一和第二导管布置成使得所述第二电极能够供给至所述第一电弧区域中。也就是，在第一导管的中心轴线和第二导管的中心轴线之间的距离应当不超过由第一电极产生的电弧圆锥在焊池表面处测量的直径的一半。
在可选实施例中，将第一和第二导管布置成使得第一和第二电弧区域至少局部交叠就足够了。
使得所述第二电极能够消耗来自所述第一电极的多余能量所需的、在第一电极的端部部分的中心轴线和第二电极的端部部分的中心轴线之间的距离取决于多个因素，例如线尺寸、线材料、伸出、电流、电压、处理模式(CA、CW、CC)、频率和焊接速度。
第一电弧产生大量的能量，而第二电极吸收来自第一电极的多余能量，因此在最小能量输入的情况下提高沉积速率。这能够提高生产率，因为焊接处理通常受到希望使得能量输入保持在可接受水平的限制，并能够进行更高能量效率的焊接处理。
电弧焊焊头可以包括第三接触装置，该第三接触装置容纳用于引导第三电极的第三导管，并提供在电源和所述第三电极之间的电接触。第三电极用于作用在所述工件上，用于通过存在于第三电极和工件之间并在第三电弧区域内的第三电弧而产生所述焊池，其中，所述第一和第三导管布置成使得所述第一和第三电弧区域有交叠区域。第三电极在用于保持所述第三电弧点火和将熔融金属从所述第三电极传递给所述焊池的焊接参数下操作。第二导管布置成使得所述第二电极能够供给至第一和第三电弧区域的所述交叠区域附近或该交叠区域中，以便消耗来自第一和第三电极的多余能量来点火，并将熔融电极材料从第二电极传递给所述焊池。
优选是，第一、第二和第三导管布置成使得第二电极供给至第一和第三电弧区域的交叠区域内。这将保证第二电极能够消耗来自多于一个电极的多余能量，因此可以提供更稳定的焊接处理，因为当第一和第三电弧中的一个熄灭时还能够保持第二电弧。
也可选择，电弧焊焊头可以包括第三接触装置，该第三接触装置容纳用于引导第三电极的第三导管，并提供在电源和所述第三电极之间的电接触。第三电极用于作用在所述工件上，用于通过存在于第三电极和工件之间并在第三电弧区域内的第三电弧而产生所述焊池。第三电极用于在这样的焊接参数下操作，该焊接参数保证第三电极必须消耗来自至少一个另外电极的多余能量来保持所述第三电弧点火和将熔融电极材料传递给所述焊池。第一和第三导管布置成使得所述第三电极能够供给至第一电弧区域或在第一电弧区域附近，以便使得所述第三电极能够消耗来自所述第一电极的多余能量来点火和保持所述第三电弧，并将熔融电极材料从所述第三电极传递给所述焊池。
优选是，第一和第三导管布置成使得第三电极能够供给至第一电弧区域中。在任何情况下都布置成使得第三电极能够充分靠近第一电极，以便吸收来自所述第一电极的多余能量。
优选是，第一、第二和第三导管布置在第一导管的相对侧，以便保证第二和第三电极的端部部分在焊接过程中位于第一导管的相对侧。在第二和第三电极用于消耗来自第一电极的多余能量的实施例中特别是这样的情况。
第二导管也可以布置在所述第一和第三导管之间。这样的优点是第二电极可以消耗来自所述第一和第三电极的能量。
在一些实施例中，第一、第二和第三导管中的至少两个平行布置。
在一些实施例中，第一和第三导管布置在第一平面中，第二导管布置在第二平面中，该第二平面垂直于第一平面。这能够使得第二电极相对于第一和第三电极对称定位。第二电极相对于第一和第三电极对称定位能够导致在第二电极位置处的更稳定电弧等离子体条件。因此，能够获得更稳定的第二电极沉积速率。也可选择，第一、第二和第三导管都布置在第一平面中。
优选是，焊接装置包括控制器，该控制器用于控制线供给装置和电源中的一个或多个。
在一个实施例中，控制器与布置成供给半热电极的线供给器连接。控制器可以用于根据至少一个热线(该热线用于向所述半热电极提供多余能量)的焊接参数来控制半热电极的线供给速度。也就是，半热电极的线供给速度并不独立于施加给该半热电极的电流或电压。例如，第二线供给器可以根据第一和/或第三电极的焊接参数来控制。
控制器还可以用于根据布置成供给电极(该电极布置成向所述半热电极提供多余能量)的至少一个线供给器的线供给速度来控制布置成供给半热电极的线供给器的线供给速度。例如，第二线供给器的线供给速度可以根据第一和/或第三线供给器的线供给速度来控制。
必须消耗来自至少一个相邻电极的多余能量来产生电弧的电极可以具有比用于提供所述多余能量的电极的线供给速度更高的线供给速度。
用于半热线的焊接参数可以包括电流、电压和线供给速度。用于半热电极的电流、电压和线供给速度可彼此独立地选择。
用于热线的焊接参数可以包括电流、电压和线供给速度。电流和电压可以是设置参数，线供给速度可以是选择为能够有稳定电弧的结果参数。也可选择，线供给速度可以是设置参数，电流自动地调节成保持电弧电压水平。焊接电流还可以保持基本恒定，而电弧电压取决于热线朝着工件供给的速率。
附图说明
下面将参考附图更详细地介绍本发明，附图中：
图1表示了根据本发明的焊头的正视图；
图2表示了图1中的焊头的一个实施例的侧视图；
图3表示了图1中的焊头的另一实施例的侧视图；
图4a、b表示了图2中所示的实施例沿图1中的A-A和B-B的剖视图；
图4c、d表示了图3中所示的实施例沿图1中的A-A和B-B的剖视图；
图5表示了沿图2中的D-D的剖视图。
图6表示了沿图3中的F-F的剖视图；
图7表示了布置成用于焊接工件的焊头；
图8表示了用于埋弧焊的电弧焊焊接装置的实施例的视图；
图9表示了图8的电弧焊焊接装置沿逆时针方向转90°；
图10表示了图8的电弧焊装置的透视图；以及
图11表示了电弧焊系统。
具体实施方式
在图1和4a、b中表示了根据本发明的电弧焊头的第一实施例。
图1表示了电弧焊头1的正视图。正视图是沿与焊接方向相反的方向朝向焊头看的视图。焊接方向是焊头或者一个或多个电极在焊接过程中运动的方向。在图1中的电弧焊头1包括第一接触装置3，该第一接触装置3容纳用于供给第一电极2的第一导管5，并在第一电源(未示出)和第一电极2之间提供电接触。
图4a、b分别表示了沿图1中的A-A和B-B的剖视图。由图4a、b显然可见，第二接触装置11在电弧焊头1中位于第一接触装置3后面。第二接触装置11容纳用于供给第二电极7的第二导管13，并在第二电源(未示出)和第二电极7之间提供电接触。第一和第二接触装置3、11通过绝缘体15而相互电绝缘。
用于第一和第二电极2、7的导管5、13具有相同直径。第一和第二电极2、7也有相同直径。在可选实施例中，导管5、13和电极2、7可以有不同直径；例如，第一电极2的直径可以大于第二电极7的直径。
第一和第二接触装置3、11保持在保持器41中的凹口39内。如图4b中所示，保持器41包括第一和第二保持器元件43a、43b。第一保持器元件43a包括第一部件43a1，该第一部件43a1具有用于固定第一接触板3a(第一接触装置3的部件)的夹爪部分以及用于将第一部件43a1固定在载体53(图1)上的附接部分。第一保持器元件43a还包括第二部件43a2，该第二部件43a2具有用于固定第二接触板3b(第一接触装置3的部件)的夹爪部分以及用于将第二部件43a2固定在所述载体53上的附接部分。
第一保持器元件43a有第一和第二壁部分45a、45b，该第一和第二壁部分45a、45b分别面对第一和第二接触板3a、b。第一壁部分45a布置成抵靠第一接触板3a的水平壁部分47a，第二壁部分45b布置成抵靠第二接触板3b的水平壁部分47b。
同样，第二保持器元件43b包括第一部件43b1，该第一部件43b1具有用于固定第一接触板11c(第二接触装置11的部件)的夹爪部分以及用于将第一部件43b1固定在所述载体53上的附接部分。第二保持器元件43b还包括第二部件43b2，该第二部件43b2具有用于固定第二接触板11d(第二接触装置的部件)的夹爪部分以及用于将第二部件43b2固定在所述载体53上的附接部分。
第二保持器元件43b有第一和第二壁部分45c、45d，该第一和第二壁部分45c、45d分别面对第一和第二接触板11c、d。第一壁部分45c布置成抵靠第一接触板11c的水平壁部分47c，第二壁部分45d布置成抵靠第二接触板11d的水平壁部分47d。
第一接触装置3包括第一接触板3a，该第一接触板3a可以由具有纵向延伸凹口51a的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51a形成用于第一电极2的导管5的一部分。第一接触装置3还包括第二接触板3b，该第二接触板3b可以由具有纵向延伸凹口51b的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51b是用于第一电极2的导管5的一部分。
以相同方式，第二接触装置11包括第一接触板11c，该第一接触板11c可以由具有纵向延伸凹口51c的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51c形成用于第二电极7的导管13的一部分。第二接触装置11还包括第二接触板11d，该第二接触板11d可以由具有纵向延伸凹口51d的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51d是用于第二电极7的导管13的一部分。
第一接触装置3的第一和第二接触板3a、b可以通过弹簧作用而彼此相向偏压。第二接触装置11的第一和第二接触板11c、d可以通过弹簧作用而彼此相向偏压。
第一保持器元件43a和第一接触装置3(具有它的第一和第二接触板3a、b)表示为在焊头1的前侧(图1)。第一和第二接触板3a、b分离一定间隙，以使得电极2可以插入在它们之间的空间内，并固定在纵向延伸凹口中。第一保持器元件43a的第一和第二部件43a1、43a2布置成可彼此相对运动，这样，在第一和第二接触板之间的间隙可以变得更大或更小。弹簧55布置成控制在接触板3a、b和电极2(该电极2位于接触板3a、b之间)之间的力。
接触板3a、b通过螺钉57而固定在相应的第一和第二部件43a1、43a2上。第一部件通过螺钉59而固定在载体53上。第二部件通过具有成弹簧55形式的弹性装置的螺钉60而固定在载体53上，这样，接触板3a、b能够彼此相向偏压。
第二保持器元件43b和第二接触装置11(具有它的第一和第二接触板11c、11d)布置在焊头1的后侧。第一和第二接触板11c、11d分离一定间隙，以使得电极7可以插入在它们之间的空间内，并固定在纵向延伸的凹口中。第二保持器元件43b的第一和第二部件43b1、43b2布置成可彼此相对运动，这样，在第一和第二接触板11c、11d之间的间隙可以变得更大或更小。弹簧布置成控制在接触板和电极7(该电极7位于接触板11c、d之间)之间的力。
下面参考图4b，第一和第二保持器元件43a、43b以及第一和第二接触装置3、11通过绝缘体15来分离，这样，第一保持元件43a的、承载第一接触板3a的第一部件43a1和第一保持元件43a的、承载第二接触板3b的第二部件43a2布置在绝缘体15的一侧上，而第二保持元件43b的、承载第一接触板11c的第一部件43b1和第二保持元件43b的、承载第二接触板11d的第二部件43b2布置在绝缘体15的另一侧上。
第一和第二保持元件43a、43b的第一和第二部件43a1、43a2、43b1、43b2在载体53的前突部分65处附接在该载体53上。
图2是图1中所述的焊头1的一个实施例的侧视图。图2中的焊头1布置成接收两个电极2、7。由图2中显然可见，绝缘体15穿过焊头1延伸，以便将焊头1分离成第一半部分和第二半部分第一半部分包括第一保持器元件43a以及与该第一保持器元件43a连接的第一和第二接触板3a、3b。第二半部分包括第二保持器元件43b以及与该第二保持器元件43b连接的第一和第二接触板11c、11d。
载体53同样分离成两半部分53a、53b，这两半部分53a、53b通过绝缘体15而相互电绝缘。能够使用单个绝缘体15来分离两半载体53a、53b以及第一和第二保持器元件43a、43b。也可选择，能够使用多个绝缘体，以便形成在两半部分53a、53b之间的绝缘层。两半部分53a、53b通过绝缘连接件61而连接在一起。绝缘连接件61能够由绝缘材料管形成。螺钉63可以穿过绝缘管延伸，以便将两半部分53a、53b和绝缘体15固定在一起。
如图4a中所示，载体53由第一和第二板53a、b形成，具有插入它们之间的绝缘体15。第一和第二板53a、b通过绝缘连接件61而相互固定。绝缘连接件61可以由穿过第一和第二板53a、b延伸的绝缘材料管来形成。螺钉63穿过绝缘材料管延伸。
参考图1和2，载体53可以有前突部分65。第一和第二保持器元件43a、43b附接在该前突部分65上。第一和第二保持器元件43a、43b由绝缘体15分离。第一和第二保持器元件43a、43b通过绝缘元件61来连接。该绝缘元件61可以由绝缘管形成，螺钉63穿过该绝缘管延伸。优选是，绝缘材料的绝缘垫片用于使得焊头1的侧壁与螺钉绝缘。
图3和4c、4d表示了如图1中所示的焊头1的一个实施例，该焊头1有三个电极2、7、8，该焊头1布置成容纳中心的连续供给电极2和两个周边的连续供给电极7、8。因此，图3中的焊头1基于图1和2中所示的焊头1，具有附加的第三接触装置4，该第三接触装置4容纳第三导管6，用于供给第三电极8以及提供在电源(未示出)和第三电极8之间的电接触。第一和第三接触装置3、4通过绝缘体20而相互电绝缘。
用于第一、第二和第三电极2、7、8的导管5、6、13可以有相同直径，并容纳具有相同直径的电极。也可选择，导管和电极可以有不同直径。特别是，容纳电极(连接该电极和在这样的焊接参数下操作，该焊接参数将保持电弧点火和用于将熔融材料从电极传递给焊池)的导管的直径可以与容纳电极(该电极在这样的焊接参数下操作，该焊接参数保证产生的功率小于点火和保持熔融电极材料从电极连续传递给焊池所需的功率)的导管不同。
第三接触装置4保持在保持器41的凹口39中(图1)。
如图4c中所示，载体53可以由第一、第二和第三板53a、53b、53c形成，具有插入它们之间的第一绝缘体15和第二绝缘体20。板53a、53b、53c通过绝缘元件61而相互固定。绝缘元件61可以由绝缘材料管形成，该绝缘材料管穿过板53a、53b、53c延伸。螺钉63穿过绝缘材料管延伸。
参考图1和4d，载体53有前突部分65。保持器41的第一、第二和第三保持器元件43a、43b、43c附接在该前突部分65上。第一、第二和第三保持器元件43a、43b、43c通过绝缘体15和20而分离。第一、第二和第三保持器元件43a、43b通过绝缘元件61来连接。该绝缘元件61可以由绝缘管形成，螺钉63可以穿过该绝缘管延伸。优选是，绝缘材料的绝缘垫片用于使得焊头的侧壁与螺钉绝缘。
如图4d中所示，第一保持器元件43a包括第一部件43a1，该第一部件43a1具有用于固定第一接触装置3的第一接触板3a的夹爪部分以及用于将第一部件43a1固定在载体53上的附接部分。第一保持器元件43a还包括第二部件43a2，该第二部件43a2具有用于固定第一接触装置3的第二接触板3b的夹爪部分以及用于将第二部件43a2固定在载体53上的附接部分。
第一保持器元件43a有面对第一接触板3a的第一壁部分45a和面对第二接触板3b的第二壁部分45b。第一和第二壁部分45a、45b布置成分别抵靠第一接触接装置3的水平壁部分47a、47b。
同样，第二保持器元件43b包括第一部件43b1，该第一部件43b1具有用于固定第二接触装置11的第一接触板11c的夹爪部分以及用于将第一部件43b1固定在载体53上的附接部分。第二保持器元件43b还包括第二部件43b2，该第二部件43b2具有用于固定第二接触装置11的第二接触板11d的夹爪部分以及用于将第二部件43b2固定在载体53上的附接部分。
第二保持器元件43b有面对第一接触板11c的第一壁部分45c和面对第二接触板11d的第二壁部分45d。第一和第二壁部分45c、45d布置成分别抵靠第二接触装置11的水平壁部分47c、47d。
同样的，第三保持器元件43c包括第一部件43c1，该第一部件43c1具有用于固定第三接触装置4的第一接触板4e的夹爪部分以及用于将第一部件43c1固定在载体53上的附接部分。第二保持器元件43b还包括第二部件43c2，该第二部件43c2具有用于固定第三接触装置4的第二接触板4d的夹爪部分以及用于将第二部件43c2固定在载体53上的附接部分。
第三保持器元件有面对第一接触板4e的第一壁部分45e和面对第二接触板4f的第二壁部分45d。第一和第二壁部分45e、45f布置成抵靠第三接触装置4的水平壁部分47e、47f。
第一接触装置3的第一接触板3a可以由具有纵向延伸凹口51a的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51a形成用于第一电极2的导管5的一部分，第二接触板3b可以由具有纵向延伸凹口51b的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51b形成用于第一电极2的导管5的一部分。
以相同方式，第二接触装置11的第一接触板11c可以由具有纵向延伸凹口51c的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51c形成用于第二电极7的导管13的一部分，第二接触板11d可以由具有纵向延伸凹口51d的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51d形成用于第二电极7的导管13的一部分。
第三接触装置4的第三接触板4e可以由具有纵向延伸凹口51e的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51e形成用于第三电极8的导管6的一部分，第二接触板4f可以由具有纵向延伸凹口51f的基本矩形板构成，该纵向延伸凹口51f形成用于第三电极8的导管6的一部分。
第一、第二和第三接触装置3、4、11的第一和第二接触板3a、3b、4a、4b、11a和11b可以通过弹簧作用而彼此相向偏压。
第一和第二保持器元件43a、b通过绝缘体15而分离，第一和第三保持器元件43a、c通过绝缘体20而分离。
焊头可以包括由绝缘体分离的任意数目保持器元件。
图4a涉及布置成接收两个电极2、7的焊头1的实施例，表示了沿图1中的A-A的剖视图。附图表示了第一和第二板元件53a、53b，该第一和第二板元件53a、53b形成载体53的部件，并通过绝缘体15而分离。第一和第二板元件53a、53b各自容纳用于电极2、7的导管5、13。绝缘体15可以是单件，或者可以由两部件制成，其中，凹口形成为产生导管19。第一板元件53a、第二板元件53b和绝缘体15通过绝缘部件61来连接。
图4c涉及布置成接收三个电极2、7、8的焊头1的实施例，表示了沿图1中的A-A的剖视图。附图表示了第一、第二和第三板元件53a、53b、53c，该第一、第二和第三板元件53a、53b、53c形成载体53的部件，并通过绝缘体15和20而分离。第一、第二和第三板元件53a、53b、53c各自容纳用于电极2、7、8的导管5、13、6。第一板元件53a、第二板元件53b、第三板元件53c和绝缘体15、20通过绝缘部件61来连接。
在图5中表示了沿图2中的D-D的剖视图。这里，表示了具有用于电极2的第一导管5的第一板元件53a、具有用于电极7的第二导管13的第二板元件53b以及绝缘体15。
在图6中表示了沿图3中的F-F的剖视图。这里，表示了具有用于电极2的第一导管5的第一板元件53a、具有用于电极7的第二导管13的第二板元件53b、具有用于电极8的第三导管6的第三板元件53c以及分离所述板元件53a、53b、53c的两个绝缘体15、20。
图7表示了焊头1的侧视图。焊头1布置成用于焊接工件27。焊头1沿由箭头25所示的焊接方向传送。焊头1是与图3中所示的焊头1类似的结构。不过，图7中的第一和第三电极2、8是热线，用于在没有相邻电极辅助的情况下产生电弧。各电弧形成于电极2、8的尖端和工件27之间。第二电极7是位于所述第一和第三电极2、8之间的半热线。第二电极7不能产生电弧，除非它消耗来自第一和/或第三电极的多余能量。
在电弧焊中，电弧存在于电极2、8的尖端和工件27之间。电弧在工件27处的接触点将以随机方式运动。不过，通常假定电弧存在于从可消耗电极2、8的尖端至工件27的圆锥形或抛物面形电弧区域31、33内。圆锥31、33的开度角可以随不同焊接情况而变化。不过，正常的开度角α可以为大约30°。
在图7中，第二电极7布置在第一和第三电极2、8之间。这种结构为优选，但不是必须。优选是，第一和第三可消耗电极2、8安装成轴向距离小于在焊池28表面测量的、电弧圆锥31、33的圆锥直径。优选是，将第二电极7引入至第一和第三电极2、8的电弧圆锥31、33的交叠部分35的外部部分内，这有利于焊接结果。
在优选实施例中，供给装置布置成以相对于焊接28表面法线优选是小于5度(还优选是小于2度)的角度来供给第二电极7。
在优选实施例中，可消耗电极2、8平行布置，并布置成以与焊池28的表面基本垂直的方向来朝着焊池28供给。
各电弧存在于在电极2、8尖端和工件27之间延伸的基本圆锥形或抛物面形电弧区域31、33中。各圆锥形或抛物面形电弧区域33确定了等离子体区域，当焊接时电弧等离子体将存在于该等离子体区域中。圆锥31、33将有开度角2α，该开度角2α取决于在工件27和电极尖端之间的距离以及在电极2、8和工件27之间的电压。第一和第三电极2、8定位成彼此相邻，从而产生在第一电极2的等离子体区域31和第三电极8的等离子体区域33之间的交叠区域35。为此，焊头1的第一和第三导管5、6布置在一定距离处，该距离允许在所述第一和第二电极2、8以及要焊接的工件27之间的电弧具有交叠区域35。
第二电极7供给至交叠区域35中。
在优选实施例中，为了能够产生适用于接收第二电极7的交叠区域35，在第二和第一导管13、5的中心之间的距离可以小于第一导管5的直径的3倍。而且，在第二和第三导管13、6的中心之间的距离可以小于第三导管6的直径的3倍。
图8至10表示了用于埋弧焊的电弧焊焊接装置100的示例实施例的不同视图，这些视图将组合介绍。
沿纵向延伸部分，电弧焊焊接装置100包括在其下端处的电弧焊焊头160，该电弧焊焊头160在焊接过程中紧邻要焊接的工件(未示出)。电弧焊焊头160为结合图1-7所述的类型，并保持焊接装置100的电极组件170的电极2、7、8。电极2、7、8通过在电弧焊焊头160的下端处的出口162而离开电弧焊焊头160，该出口162在焊接操作过程中面对工件。线电极2、7、8可以从相应储存器例如线圈(未示出)而朝着电弧焊装置100供给。
电极组件170包括布置在电弧焊焊头160中的例如三个可熔的连续供给线电极2、7、8。连续供给线电极2、7、8相互电绝缘。
线供给器单元150布置在电弧焊焊头160上面，以便将电极朝着所述电弧焊焊头供给。通常，供给器单元150包括槽轮，该槽轮使得线电极或冷线朝着电弧焊焊头160运动。供给器单元150可以布置成用于供给第一和第三电极2、8中的一个或两个或者第二电极7或者全部电极2、7、8。在供给器单元150供给多个单独电极2、7、8的情况下，供给器单元150通常将包括用于通过各电极2、7、8供给的电绝缘部分，这样，至少不能自身产生电弧的电极7与能够自身产生电弧的电极2、8电绝缘。电绝缘部分能够包括供给器轮，该供给器轮有用于电绝缘电极7的特殊绝缘槽。
供给器轮由驱动单元152来驱动，例如电马达。除了线供给器单元150之外，还布置了焊剂料斗114，该焊剂料斗114通过用于埋弧焊的喷嘴(未示出)而将颗粒焊剂供给电弧焊焊头160。除了驱动单元152，线供给器单元150还包括具有驱动轴的齿轮。供给轮布置在齿轮的驱动轴上，该供给轮能够通过另一轮而增压。供给轮沿电弧焊焊头160的方向向前驱动电极2、7、8。
线拉直单元140布置在线供给器单元150上面。在线拉直单元140的最前侧位置中所示的两个辊用于在三个固定轮上施加压力，这三个固定轮一个在另一个上面地竖直布置在拉直装置的后部部件中。辊施加在轮上的压力可通过在线拉直单元140外部的旋钮来调节。辊作用在三个轮上的压力将线拉直。线拉直单元140可以包括用于使得电极2、7、8相互分离的电绝缘部分。
代替用于全部电极的单个线供给单元150，单独的线供给器单元能够用于各电极。在图8-10中，单独的供给器单元130提供为用于朝着电弧焊焊头160供给第二电极7。驱动单元132(例如电马达)布置在线供给器单元130上，该驱动单元132驱动线供给器单元130的供给器轮。除了驱动单元132，线供给器单元130包括具有驱动轴的齿轮。供给轮布置在齿轮的驱动轴上，该供给轮能够通过另一轮而增压。供给轮沿电弧焊焊头160的方向向前驱动第二电极7。
代替具有单个线拉直单元140，单独的线拉直单元可以布置成用于拉直各电极。这里表示了用于第二电极7的单个线拉直单元120。在该实施例中，沿焊头100的纵向延伸部分，电绝缘导管180提供为用于引导第二电极7从线储存器(例如绕线筒)至接触喷嘴。电绝缘导管180包括线拉直单元140的电绝缘部分、线供给器单元150的电绝缘部分和电弧焊焊头160的电绝缘部分以及在单元130、140、150、160之间和在线拉直单元120上面的、用于第二电极7的电绝缘线导管。
图11表示了电弧焊系统200，该电弧焊系统200包括如图8-10中所示的电弧焊装置202。电弧焊装置202包括根据本发明的电弧焊焊头1。电弧焊装置202还包括三个单独的电源204、205、206，这三个电源204、205、206由控制器208来控制。电源可以是逆变器类型，例如在US6291798中所述。电弧焊系统包括用于供给第一可消耗电极2的第一线供给器210、用于供给第二可消耗电极7的第二线供给器212和用于供给第三可消耗电极8的第三线供给器214。第一电源204与第一接触装置连接，该第一接触装置用于提供在第一电源204和第一电极2之间的电接触。第二电源205与第二接触装置连接，该第二接触装置用于提供在第二电源205和第二电极7之间的电接触。第三电源206与第三接触装置连接，该第三接触装置用于提供在第三电源206和第三电极8之间的电接触。第一电源204操作成保持第一电弧点火，并将熔融金属从所述第一电极传递给焊池。第三电源206操作成保持第三电弧点火，并将熔融金属从所述第三电极8传递给焊池。第二电源205操作成保证第二电极7自身不能产生第二电弧。
半热的第二电极7移动进入两个相邻的第一和第三热线2、8的交叠电弧区域中，以便消耗来自所述热线2、8的多余能量，该能量大小为这样，使得电弧在所述第二电极7处产生，且熔融电极材料从第二电极7传递给工件。
在可选实施例中，在保持所述电极和工件之间电弧点火的焊接参数下操作的电极可以布置在这样的两个电极之间，这两个电极在使得所述电极不能自身产生在所述电极和工件之间的电弧的焊接参数下操作。
保护范围并不由上述实施例来限制。在不脱离本发明范围的情况下，上述实施例能够以多种不同方式来变化和组合。例如，图1中的焊头1能够包括超过三个电极，图11中的第一和第三电极能够与相同电源连接。

Claims (15)

1.一种将用于电弧焊接装置(100；202)的电弧焊方法，所述电弧焊接装置(100；202)包括第一电源(204)、用于供给第一电极(2)的第一线供给器(710)、用于供给第二电极(7)的第二线供给器(212)以及电弧焊焊头(1；160)，该电弧焊焊头(1；160)包括：第一接触装置(3)，该第一接触装置(3)容纳用于引导第一电极(2)的第一导管(5)，并提供在所述第一电源(204)和所述第一电极(2)之间的电接触；以及第二接触装置(11)，该第二接触装置(11)容纳用于引导第二电极(7)的第二导管(13)，并提供在电源(204；205)和所述第二电极(7)之间的电接触，所述第一和第二接触装置(3、11)相互电绝缘，所述第一电极(2)用于作用在工件(27)上，用于通过存在于第一电极(2)和工件(27)之间并在第一电弧区域(31)内的第一电弧而产生焊池(28)，所述第二电极(7)用于作用在所述工件(27)上，用于通过存在于第二电极(7)和工件(27)之间并在第二电弧区域内的第二电弧而产生焊池(28)；
该方法的特征在于：
所述第一电极(2)在用于保持所述第一电弧点火和将熔融电极材料从所述第一电极(2)传递给所述焊池(28)的焊接参数下操作；
所述第二电极(7)在用于保证需要来自至少所述第一电极(2)的多余能量来保持所述第二电弧点火和将熔融电极材料从所述第二电极(7)传递给所述焊池(28)的焊接参数下操作；
且所述方法包括以下步骤：
供给所述第二电极(7)，以使得它能够消耗来自所述第一电极(2)的多余能量来点火和保持所述第二电弧点火，并将熔融电极材料从所述第二电极(7)传递给所述焊池(28)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述第一和第二电极(2、7)通过相同电源(204)来供电。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：第一和第二电极(2、7)通过不同电源(204、205)来供电。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电弧焊接方法，其中：所述电弧焊焊头(1；160)包括第三接触装置(4)，该第三接触装置(4)容纳用于引导第三电极(8)的第三导管(6)，并提供在电源(204；205；206)和所述第三电极(8)之间的电接触，所述第三电极(8)用于作用在所述工件(27)上，用于通过存在于第三电极(8)和工件(27)之间并在第三电弧区域(33)内的第三电弧而产生所述焊池(12)，其中，所述第一和第三电极(2、8)供给成这样，使得它们允许所述第一和第三电弧区域(31、33)有交叠区域(35)，其中，所述第三电极(8)在用于保持所述第三电弧点火和将熔融金属从所述第三电极(8)传递给所述焊池(28)的焊接参数下操作；所述方法还包括以下步骤：供给所述第二电极(7)，以使得它能够消耗来自所述第一和第三电极(2、8)的多余能量来点火和保持所述第二电弧点火，并将熔融电极材料从所述第二电极(7)传递给所述焊池(28)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：所述第一和第三电极(2、8)通过相同电源(204)来供电。
6.根据权利要求4所述的方法，其中：所述第一和第三电极(2、8)通过不同电源(204)来供电。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的电弧焊方法，其中：第二电极(7)的线供给速度根据所述第一和第三电极(2、8)中至少一个的焊接参数来控制。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的电弧焊方法，其中：第二电极(7)的线供给速度根据所述第一和第三电极(2、8)中至少一个的线供给速度来控制。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的电弧焊方法，其中：用于必须消耗来自相邻电极(2、8)的多余能量来保持电弧的电极(7、8)的电流、电压和线供给速度可选择地相互独立。
10.电弧焊装置(100；202)用于执行根据前述任意一项权利要求所述的方法，所述电弧焊装置(100；202)包括第一电源(204)、用于供给第一电极(2)的第一线供给器(210)、用于供给第二电极(7)的第二线供给器(212)以及电弧焊焊头(1；160)，该电弧焊焊头(1；160)包括：第一接触装置(3)，该第一接触装置(3)容纳用于引导第一电极(2)的第一导管(5)，并提供在所述第一电源(204)和所述第一电极(2)之间的电接触；以及第二接触装置(11)，该第二接触装置(11)容纳用于引导第二电极(7)的第二导管(13)，并提供在电源(204；205)和所述第二电极(7)之间的电接触，所述第一和第二接触装置(3、11)相互电绝缘，所述第一电极(2)用于作用在工件(27)上，用于通过存在于所述第一电极(2)和工件(27)之间并在第一电弧区域(31)内的第一电弧而产生焊池(28)，所述第二电极(7)用于作用在所述工件(27)上，用于通过存在于所述第二电极(7)和工件(27)之间并在第二电弧区域内的第二电弧而产生所述焊池(28)；该电弧焊装置(100；202)的特征在于：
所述第一电极(2)在用于保持所述第一电弧点火和将熔融电极材料从所述第一电极(2)传递给所述焊池(28)的焊接参数下操作；
所述第二电极(7)在用于保证需要来自至少所述第一电极(2)的多余能量来保持所述第二电弧点火和将熔融电极材料从所述第二电极(7)传递给所述焊池(28)的焊接参数下操作；以及
所述第一和第二导管(5、13)布置成使得所述第二电极(7)能够消耗来自所述第一电极(2)的多余能量来点火和保持所述第二电弧点火，并将熔融电极材料从所述第二电极(7)传递给所述焊池(28)。
11.根据权利要求10所述的电弧焊装置，其中：所述第一和第二电极(2、7)通过相同电源(204)来供电。
12.根据权利要求10所述的电弧焊装置(200)，其中：所述第一和第二电极(2、7)通过不同电源(204、205)来供电。
13.根据权利要求10-12中任意一项所述的电弧焊装置(200)，其中：所述电弧焊焊头(1；160)包括第三接触装置(4)，该第三接触装置(4)容纳用于引导第三电极(8)的第三导管(6)，并提供在电源(204；205；206)和所述第三电极(8)之间的电接触，所述第三电极(8)用于作用在所述工件(27)上，用于通过存在于第三电极(8)和工件(27)之间并在第三电弧区域(33)内的第三电弧而产生所述焊池(28)，其中，所述第一和第三导管(5、6)布置成这样，使得它们允许所述第一和第三电弧区域(31、33)有交叠区域(35)，所述第三电极(8)在用于保持所述第三电弧点火和将熔融电极材料从所述第三电极(8)传递给所述焊池(28)的焊接参数下操作；且所述第二导管(13)布置成使得所述第二电极(7)能够消耗来自所述第一和第三电极(2、8)的多余能量来点火和保持所述第二电弧点火，并将熔融电极材料从所述第二电极(7)传递给所述焊池(28)。
14.根据权利要求13所述的电弧焊装置，其中：所述第一和第三电极(2、8)通过相同电源(204)来供电。
15.根据权利要求13所述的电弧焊装置(100；200)，其中：第一和第三电极(2、8)通过不同电源(204、206)来供电。
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