CN104493329A

CN104493329A - 一种调制脉冲免清根打底焊接方法

Info

Publication number: CN104493329A
Application number: CN201410667518.0A
Authority: CN
Inventors: 周方明; 吴兴祥; 李飞翔; 朱正祥
Original assignee: SHANGHAI HULIN HEAVY INDUSTRY Co Ltd; Hudong Heavy Machinery Co Ltd
Current assignee: Cssc Marine Power Components Co ltd; Hudong Heavy Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: CN104493329B

Abstract

一种调制脉冲免清根打底焊接方法，包括焊前准备步骤、焊接参数设定步骤和焊接施焊步骤，在所述焊接施焊的步骤中，通过在控制系统中设定合适的焊枪摆动参数和脉冲参数等，控制焊枪的运动与焊接电参数的相互配合，实现焊枪摆动与脉冲电流电压协调起来进行焊接，使得在脉冲的峰值期间所述焊枪摆动到坡口单侧接近母材区域进行短路过渡打底焊接，在脉冲的基值期间所述焊枪摆动到坡口中间区域进行短路过渡打底焊接。本发明具有实用性强、实施成本低、焊接效率高、适应范围广的优点，能够满足大多数工况的需求，能够大幅度提高生产效率，易于实现工程化推广，适用于中厚板双面焊的免清根及单面焊双面成形的焊缝的打底焊接。

Description

一种调制脉冲免清根打底焊接方法

技术领域

本发明涉及一种自动化焊接方法，具体是用于中厚板双面焊和某些需要单面焊双面成形工件的调制脉冲免清根打底焊接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

中厚板焊接在船舶、矿山机械、高压力容器、海洋工程和重型机械等领域的应用非常广泛，尤其在船舶行业，中厚板焊缝占70％以上。目前中厚板气体保护焊焊接采用的焊接工序依次为：坡口装配清理、正面焊接、反面气刨清根、打磨坡口、磁粉探伤、反面焊接和反面清根；其中，坡口打磨和磁粉探伤工序大大的增加了生产成本，并且使用碳弧气刨存在着以下问题：(1)污染严重，碳弧气刨过程中产生大量烟雾和粉尘，严重污染环境，影响工人的身体健康；(2)清根后易产生夹碳、粘渣、铜斑及渗碳现象；(3)对操作技术要求较高，刨槽尺寸和形状难以保证。

经过对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：201310211468.0，名为“一种实现中厚板打底焊不清根的焊接方法”的专利提供了一种中厚板双面焊免清根的焊接方法，该专利采用双面双弧不对称焊进行打底焊接，能够有效的避免清根工序；但是该焊接方法采用双弧焊接需要足够的空间位置，因此仅适用于两侧空间位置很大的焊缝，从而限制了其应用范围。另外，还有其他一些文献也公开了中厚板免清根焊接的方法，如打底焊接时使用焊接衬垫，但是该工艺大大增加了装配的成本，并且焊接完成后需要对衬垫进行处理。因此有必要对现有的中厚板气体保护焊的焊接方法进行改进。

当前，在厚钢板和钢管焊接时，单面焊双面成型打底焊接工艺应用广泛，其涉及到锅炉及压力容器制造、管道安装焊接、造船、机械制造等领域。与双面焊接相比，单面焊双面成型打底焊接工艺省去了焊件翻转及背面清理焊根的工序，工人劳动强度低，焊接效率高，尤其是在无法进行双面焊的场合，其优势更加明显。当前普遍应用的单面焊双面成形打底焊接工艺有两大缺陷：(1)为了保证焊缝背面成型质量，在焊缝坡口背面粘贴各种衬垫，如铜衬垫、陶瓷衬垫、焊剂垫等，这些单面焊背面强迫成形焊接中衬垫装置的选择和添加增加了生产成本；(2)在常用的单面焊双面自由成型打底焊接中，通常对焊接坡口尺寸、组装间隙和焊接工人水平提出很高的要求。

目前焊缝打底焊工艺主要有:纤维素焊条手工打底焊、手工TIG打底焊、半自动STT打底焊、半自动RMD打底焊。手工焊和半自动焊打底焊的焊道，内外表面成形不规整，如果填充层使用自动焊就必须修磨根焊道，以达到基本规整，否则自动焊难以进行。因此自动打底焊是发展的必然趋势，而且自动打底焊在焊接速度、焊接质量和降低焊工劳动强度等方面都具有明显优势。

尽管当前已出现专用打底焊机，如STT、RMD、FASTROOT焊机等，但是此类焊机价格都相当高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有中厚板双面焊及单面焊双面成形过程中存在的工艺复杂、空间位置受限、成本高等问题，提供一种经济、有效率的调制脉冲免清根打底焊接方法，实现中厚板双面焊免清根打底焊和无需衬垫的单面焊双面成形打底焊的自动化焊接。

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案是：

一种调制脉冲免清根打底焊接方法，包括焊前准备的步骤、焊接参数设定的步骤和焊接施焊的步骤，其特征在于，在所述焊接施焊的步骤中，通过控制焊枪的运动与焊接电参数的相互配合，实现焊枪摆动与脉冲电流电压协调起来进行焊接，使得在脉冲的峰值期间所述焊枪摆动到坡口单侧接近母材区域进行短路过渡打底焊接，在脉冲的基值期间所述焊枪摆动到坡口中间区域进行短路过渡打底焊接。

进一步地，所述焊前准备的步骤具体为：在焊接板件上开设厚度为0～1.5mm的钝边及坡口角度为40°～60°的X型坡口、V型坡口、单V型坡口或K型坡口，对所述坡口及其附近的20mm范围内进行打磨、除锈和除油处理，装配成坡口间隙为2mm～6mm的待焊坡口。

作为进一步改进，所述X型坡口、V型坡口、单V型坡口和K型坡口适用于平焊位置，其中，X型坡口和K型坡口适用于双面焊免清根焊接，V型坡口和单V型坡口适用于单面焊双面成形打底焊接；所述的坡口间隙优选为3.5mm～5mm，所述的钝边厚度优选为0～1mm。

进一步地，所述焊接参数设定的具体步骤为：根据所述焊接板件的厚度、所述坡口间隙的大小和所述钝边的厚度设定的焊接参数范围为：基值电流为40A～100A，峰值电流为120A～200A，基值电压为16V～19V，峰值电压为20V～24V，脉冲频率为1H_Z～10H_Z，脉冲占空比为30％～70％，焊枪摆动频率为0.5H_Z～5H_Z，焊枪摆动幅度为2mm～6mm，侧壁停留时间为0～0.4s，焊接速度为0.15m/min～0.3m/min，80％Ar+20％CO₂的混合气体的流量为15L/min～25L/min，其中，

式中，Tp—峰值期间，Tb—基值期间，T_c－侧壁停留时间。

作为进一步改进，所述的焊接参数的优选范围为：基值电流为40A～60A，峰值电流为150A～170A，基值电压为16V～18V，峰值电压为21V～23V，焊枪摆动频率为1H_Z～2.5H_Z，焊枪摆动幅度为3mm～5mm，脉冲频率为2H_Z～5H_Z，脉冲占空比为40％～60％，侧壁停留时间为0.2s～0.3s，焊接速度为0.175m/min～0.25m/min，80％Ar+20％CO₂的混合气体的流量为15L/min～20L/min。

进一步地，所述焊接施焊的步骤具体为：施焊前保证所述焊枪位于焊缝中心线上，而后根据设定的焊接参数进行打底焊接，当基值期间所述焊枪行走在所述焊缝中心线的两侧的对称区域内，该对称区域的大小是由所述脉冲占空比决定的，当峰值期间所述焊枪行走在除基值期间的行走区域以外的其它区域。

进一步地，所述的调制脉冲为由调制脉冲控制电路产生的矩形波，其脉冲电流和脉冲电压在焊接过程中切换同步，并且在峰值期间和基值期间内该脉冲电流与脉冲电压分别以普通直流焊接的规范参数进行匹配。

进一步地，所述焊枪的摆动依靠具备摆动行走功能的用于自动化打底焊接的焊接设备实现，其摆动模式为周期性对称模式，即从焊缝中心线上的点算起每半个周期的行走轨迹关于垂直所述焊缝中心线的摆动轨迹参照线对称，每一个周期的行走轨迹关于该行走轨迹与焊缝中心线的交点对称。

与现有技术相比，本发明所述的调制脉冲免清根打底焊接方法有如下优点：

(1)与现有的专用打底焊机相比，本发明在不改动普通恒压特性焊机主电路的情况下，通过脉冲控制电路产生的调制脉冲，协同摆动的焊枪，使得峰值期间(Tp)焊枪摆动到坡口单侧接近母材区域进行短路过渡方式的焊接，基值期间(Tb)焊枪摆动到坡口中间区域进行短路过渡方式的焊接，依靠基值电弧的低热量及脉冲电弧的高热量在焊接坡口的精确分布以实现打底焊接，其控制成本较低，能够满足大多数工况的需求，同时自动化的焊接能够大幅度提高生产效率。

(2)通过调节焊接参数，能够实现2mm～6mm间隙下的平对焊和平角焊免清根打底焊接，适应范围广，实用性强，避免了清根工序或衬垫的使用，节约了成本和劳动力。

(3)与现有免清根打底焊接的双面双弧焊接方法相比，单弧焊接灵活性更强，适用范围更广，技术要求更低。

附图说明

图1是本发明的一个脉冲周期中短路过渡的电流和电压的波形图。

图2是摆动模式为三角波的直焊缝采用本发明侧壁停留时间Tc为0时，焊枪摆动的行走轨迹图(热量分布图)。

图3是本发明的焊接电路控制框图。

图4是本发明焊枪摆动的三种类型轨迹图(半个周期内关于L1、L2摆动轨迹参照线对称，一个周期关于交点X10对称)。

图5是实施例1的焊缝正面成形宏观照片。

图6是实施例1的焊缝反面成形宏观照片。焊缝成形宏观照片。

图7是实施例1的焊缝接头宏观照片。

附图中的符号说明：

Tb-基值期间，Tp-峰值期间，Tc-侧壁停留时间，Tpb-调制脉冲周期，Tr-基值短路过渡缓冲区间，Th-峰值短路过渡缓冲区间，Iw-焊接电流，Vw-焊接电压，Ib-基值平均电流，Ip-峰值平均电流，Ub-基值平均电压，Up-峰值平均电压，tb-基值期间短路过渡周期，tp-峰值期间短路过渡周期，N0、N1、N2、N3-短路过渡次数，Xn-电弧摆动轨迹上的节点(n＝0…10)，T-摆动周期，A-摆动幅度，B-基值期间及峰值期间切换点距离焊缝中心线的距离，M-焊缝中心线，1-焊丝，2-母材，3-焊炬，4-进给辊，PM-焊机，WL-电抗器，VD-电压检测电路，vd-焊接电压检测信号，SD-起弧判别电路，sd-起弧判别信号，ST-行走机构和摆动机构的驱动电路，st1-摆动和行走驱动信号，st2-计时开始信号，XZ-行走和摆动机构，JS-计时电路(延时电路)，ZK-调制脉冲占空比设定电路，zk-调制脉冲占空比设定信号，PL-调制脉冲频率设定电路，pl-调制脉冲频率设定信号，TL-侧壁停留时间设定电路，tl-侧壁停留时间设定信号，js-脉冲开启信号，BF-脉冲控制电路，bf-脉冲切换开关信号，SW-切换开关，BZ-基值电路，bz-基值电流电压控制信号，FZ-峰值参数控制电路，fz-峰值参数信号，JZ-基值参数控制电路，jz-基值参数信号，L1、L2-摆动轨迹参照线。

具体实施方式

本发明所述调制脉冲免清根打底焊接方法是一种焊接电参数与焊枪摆动相配合的一种新的焊接方法，提出了单面焊双面成形和免清根打底焊的新的解决思路，并且本发明对焊接设备的要求比较合理，从而能够在低成本情况下，获得质量合格的打底焊缝，并且能够大幅度提高焊接效率，易于实现工程化推广。

本发明所述调制脉冲免清根打底焊接方法包括焊前准备的步骤、焊接参数设定的步骤和焊接施焊的步骤，在所述焊接施焊的步骤中，通过控制焊枪的运动与焊接电参数的相互配合，实现焊枪摆动与脉冲电流电压协调起来进行焊接，使得在脉冲的峰值期间所述焊枪摆动到坡口单侧接近母材区域进行短路过渡打底焊接，在脉冲的基值期间所述焊枪摆动到坡口中间区域进行短路过渡打底焊接。

下面结合实施例及附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

为了更好的理解本发明所述方法，首先详细说明一下焊接施焊步骤中整个系统的工作机理。

图1为表示本发明的一个脉冲周期的短路过渡的电流和电压波形图。图中，曲线(A)表示焊接电流Iw随时间t的变化，曲线(B)表示焊接电压Vw随时间t的变化。图中，时刻t0～t2的调制脉冲周期Tpb由两个期间构成，第一个期间为时刻t0～t1的基值期间Tb，第二个期间为时刻t1～t2的峰值期间Tp；因此，将基值期间Tb与峰值期间Tp作为1脉冲周期Tpb，来回往复进行焊接。基值期间Tb和峰值期间Tp均采用小热输入量的短路过渡方式，且基值和峰值是在不改变具有恒压外特性焊机的基础上通过脉冲控制电路BF获得的。下面对各期间详细进行说明。

(1)基值期间Tb

如图2所示，基值期间Tb电弧工作在电弧摆动轨迹上的节点X3～X5和X7～X9之间的区域(X0～X9之间为电弧的摆动轨迹，且X0～X8为一个摆动周期)。由于该区域位于焊缝的中心区域，而焊缝中心区域存在焊缝间隙和钝边小等问题，故需要的焊接热量也低于焊缝边缘区域，为了保证打底焊缝质量的合格，合理地控制热量，故采用基值电流短路过渡的方式。

图1中t0时刻为由峰值电流和峰值电压向基值电流和基值电压切换的时刻，对应于图2中的X3、X7位置所对应的时刻，由于电路中焊接电流Iw和焊接电压Vw的变化受热惯性的影响，故出现基值短路过渡缓冲区间Tr，该区间没有明确的界定范围，Tr区间参与基值短路过渡的熔滴形成和长大。熔滴长大至一定尺寸后，在t02时刻发生短路，如图1中(B)所示，焊接电压Vw急剧下降到数伏水平的短路电压值，而后在t02～t03期间，焊接电流Iw逐渐增大，电磁收缩作用增强，同时在熔滴的重力及表面张力作用下使熔滴与焊丝1之间形成缩颈，并逐渐变细。当短路电流达到一定数值时即到达t03时刻，液桥缩颈迅速断开，熔滴过渡到熔池中去，焊接电压Vw迅速恢复到空载电压并进入下一个短路过渡周期。

由于该短路过渡周期为由峰值短路过渡向基值短路过渡的第一个周期，该周期内的平均焊接电流和平均焊接电压高于正常基值短路过渡周期的平均电流和平均电压，故其短路周期低于设定的基值期间短路过渡周期tb，且短路峰值高于设定的基值期间短路过渡峰值。经过N0个短路过渡后，至t04时刻进行与基值电流电压相匹配的短路过渡，短路周期为基值期间短路过渡周期tb。

再经过N1+1个基值电流电压相匹配的短路过渡周期后，至t1时刻，t1时刻为基值电流和电压向峰值电流和电压切换的时刻，对应于图2中X5、X9位置所对应的时刻。

(2)峰值期间Tp

如图2所示，峰值期间Tp电弧工作在电弧摆动轨迹上的节点X1～X3和X5～X7之间的区域。由于该区域位于焊缝的边缘区域，接近母材2，因而散热较快，故需要的热量较多，为了保证打底焊缝的热量足够以获得合适的打底焊接质量，故在该区域内采用峰值电流短路过渡。

请参阅图1，至t1时刻后，由于电路中焊接电流Iw和焊接电压Vw的变化受热惯性的影响，故出现峰值短路过渡缓冲区间Th，该区间没有明确的界定范围，Th区间参与峰值短路过渡的熔滴形成和长大，熔滴长大至一定尺寸后，在t12时刻发生短路，如图1中(B)所示，焊接电压Vw急剧下降到数伏水平的短路电压值，而后在t12～t13期间，焊接电流Iw逐渐增大，电磁收缩作用增强，同时在熔滴的重力及表面张力作用下使熔滴与焊丝1之间形成缩颈，并逐渐变细。当短路电流达到一定数值时即到达t13时刻，液桥缩颈迅速断开，熔滴过渡到熔池中去，焊接电压Vw迅速恢复到空载电压并进入下一个短路过渡周期。

由于该短路过渡周期为由峰值短路过渡向基值短路过渡的第一个周期，故其短路周期低于设定的基值短路过渡周期，且短路峰值高于设定的基值短路过渡峰值，故其短路周期低于正常的基值短路过渡周期。经过N2个短路过渡后，至t14时刻进行与基值电流电压相匹配的短路过渡，短路周期为峰值期间短路过渡周期tp。

再经过N3+1个基值电流电压相匹配的短路过渡周期后，至t2时刻。t2时刻为基值电流和电压向峰值电流和电压切换的时刻，之后进入下一个调制脉冲周期。

处于稳定状态下的焊接电流平均值与焊丝1的进给速度是相对应地确定的，基值平均电流Ib对应一定的送丝速度，峰值平均电流Ip对应一定的送丝速度，故焊接的送丝速度也呈周期性的变化。

对上述的焊接施焊步骤中熔滴过渡及热量分布进行整理如下：

(1)基值期间Tb中，通过基值电流与基值电压的常规匹配，获得稳定的短路熔滴过渡，该阶段电弧主要工作在焊缝中心的区域，即焊缝的间隙区域范围内，该区域需要的热量较少，通过基值电流和基值电压匹配的短路过渡，熔化的焊丝能够依靠未熔母材2的表面张力很好很快地凝固，避免出现焊穿现象，获得均匀成形的焊缝。

(2)峰值期间Tp中，通过峰值电流与峰值电压的常规匹配，获得稳定的短路熔滴过渡，该阶段电弧主要工作在焊缝边缘接近母材2的区域，由于该区域传热快，故需要的热量多，通过峰值电流和电压匹配的短路过渡，能够防止熔液过多的流淌产生咬边，同时能够弥补基值期间的低热量。

(3)的大小，即基值与峰值参数切换的位置，需要根据焊缝的坡口形状、钝边的大小和焊缝的装配坡口间隙的大小来确定；焊枪摆动幅度A的大小，需要根据焊缝的坡口间隙来确定，通常摆动幅度＝焊缝间隙±1mm，本发明能够降低成本、大幅度提高效率。

图2是表示本发明方法中侧壁停留时间Tc为0时，焊枪摆动行走过程中基值期间Tb和峰值期间Tp的行走分布情况，即热量的分布情况，此处以摆动模式为三角波的直焊缝为例来说明。图3为本发明的焊接电路控制框图。

以下参照图3对焊接电路各个模块的功能进行说明，同时结合图2将本发明的焊接施焊步骤中脉冲电弧与焊枪摆动协调进行焊接的过程作详细说明。

图2中X0规定为焊接的起弧点，焊枪起弧信号发出后，电压检测电路VD对所述的焊接电压Vw进行检测，输出焊接电压检测信号vd。起弧判别电路SD将该焊接电压检测信号vd作为输入，根据该值判别起弧是否成功，起弧成功输出起弧判别信号sd，该阶段完成了时序图中的起弧检测。

行走机构和摆动机构的驱动电路ST在接收到成功起弧的起弧判别信号sd后，发出摆动和行走驱动信号st1和计时开始信号st2；摆动和行走驱动信号st1用来驱动行走和摆动机构XZ开始工作，该阶段完成了时序图中的焊枪的摆动和行走。

计时电路JS在接收到计时开始信号st2后开始计时，依靠输入至计时电路JS的调制脉冲占空比设定电路ZK输出设置的调制脉冲占空比设定信号zk、调制脉冲频率设定电路PL输出设置的调制脉冲频率设定信号pl和侧壁停留时间Tc计算出脉冲电路的开启时间，即电弧从X0到X3所花费的时间Tp+1/2Tb。当从计时开始达到脉冲电路的开启时间时，输出脉冲开启信号js至脉冲控制电路BF，其中该阶段以峰值电流电压进行焊接。

脉冲控制电路BF接收到脉冲开启信号js后，切换开关SW切换至b侧，基值电路BZ输出基值电流电压控制信号bz至焊机PM，进行基值期间短路过渡打底，即行走X3～X5阶段；结合设置的调制脉冲占空比设定信号zk和设置的调制脉冲频率设定信号pl，运行至X5时切换开关SW自动切换至f，峰值参数控制电路FZ输出峰值参数信号fz至焊机PM，进行峰值期间短路过渡打底，即行走X5～X7阶段，其中峰值时间包括侧壁停留时间T_c；后续按照设定的参数进行周期性的峰值、基值短路过渡打底焊，分析过程如上，该阶段完成了脉冲电路的开启。

在焊机起弧成功后，脉冲电路开启之前，切换开关SW一直在f侧，此时以峰值电流和电压完成X0-X3阶段的焊接过程。

为了保证焊接以如上所述的周期性的峰值、基值短路过渡打底焊接，必须保证摆动频率＝1/2调制脉冲频率的条件。

实施例1：

1、焊前准备步骤：

两块尺寸为300mm×200mm×22mm的Q235B母材2开钝边厚度为0mm、坡口角度为50°的X型坡口，装配的坡口间隙为4mm，装配完成后，对工件焊缝坡口及附近20mm范围内进行打磨抛光、除锈和除油处理。

2、焊接参数设定步骤：

根据所述焊接板件的厚度、所述坡口间隙的大小和所述钝边的厚度设定焊接参数为：基值电流为60A，峰值电流为150A，基值电压为17V，峰值电压为21V，焊枪摆动频率1H_Z，焊枪摆动幅度为4mm(该值等于焊缝间隙大小)，脉冲频率为2H_Z(该值等于2倍焊枪摆动频率)，脉冲占空比为50％，侧边停留时间为0.3s，焊接速度为0.2m/min，80％Ar+20％CO₂的混合气体流量为20L/min。

3、焊接施焊步骤：

焊接前确保焊枪直线行走轨迹位于焊缝中心线M(即坡口间隙中心线)上，而后进行起弧焊接，检测到焊接起弧成功后，行走机构和摆动机构开始工作，计时电路JS开始计时，根据设定的脉冲占空比、脉冲频率和侧壁停留时间Tc，计算出X0到X3花费时间0.675s，该时间段内焊接以峰值方式焊接；当时间至0.675s时，计时电路JS发出信号，脉冲控制电路BF接到信号后，切换开关SW切换至基值侧，进行基值期间短路过渡打底焊接；根据脉冲占空比和脉冲频率计算出X3到X5的时间为0.25s，该时间段内进行基值短路过渡焊接，当时间至0.925s时，计时电路JS发出信号，脉冲控制电路BF接到信号后，切换开关SW切换至峰值侧，进行峰值期间短路过渡打底焊接；根据脉冲占空比、脉冲频率和侧壁停留时间Tc，计算X5到X7的时间为0.55s，该时间段内进行峰值短路过渡焊接，当时间至1.475s时，计时电路JS发出信号，脉冲控制电路BF接到信号后，切换开关SW切换至基值侧，而后根据设定参数进行周期性焊接。由此实现基值期间焊枪摆动在坡口中心区域，峰值期间焊枪摆动在坡口母材区域。

图5、6、7分别表示实施例1形成焊缝的正面成形、反面成形和接头的宏观照片，从图可以看出，所述调制脉冲免清根打底焊接方法通过基值电弧的低热量及脉冲电弧的高热量随焊接坡口精确分布，以实现打底焊接，能够获得熔合良好、无夹杂、无咬边、反面成形良好的打底焊缝。

实施例2：

1、焊前准备步骤：

两块尺寸为300mm×200mm×28mm的Q235B母材2开钝边厚度为1.5mm、坡口角度为60°的V型坡口，装配的坡口间隙为6mm，装配完成后，对工件焊缝坡口及附近20mm范围内进行打磨抛光、除锈和除油处理。

2、焊接参数设定步骤：

根据所述焊接板件的厚度、所述坡口间隙的大小和所述钝边的厚度设定焊接参数为：基值电流为100A，峰值电流为200A，基值电压为19V，峰值电压为24V，焊枪摆动频率5H_Z，焊枪摆动幅度为6mm(该值等于焊缝间隙大小)，脉冲频率为10H_Z(该值等于2倍焊枪摆动频率)，脉冲占空比为70％，侧边停留时间为0.4s，焊接速度为0.3m/min，80％Ar+20％CO₂的混合气体流量为25L/min。

3、焊接施焊步骤：

焊接前确保焊枪直线行走轨迹位于焊缝中心线M(即坡口间隙中心线)上，而后根据设定的焊接参数进行打底焊接，当基值期间所述焊枪行走在所述焊缝中心线的两侧的对称区域内，该对称区域的大小是由所述脉冲占空比决定的，当峰值期间所述焊枪行走在除基值期间的行走区域以外的其它区域。

实施例3：

1、焊前准备步骤：

两块尺寸为300mm×200mm×18mm的Q235B母材2开钝边厚度为1.0mm、坡口角度为40°的K型坡口，装配的坡口间隙为2mm，装配完成后，对工件焊缝坡口及附近20mm范围内进行打磨抛光、除锈和除油处理。

2、焊接参数设定步骤：

根据所述焊接板件的厚度、所述坡口间隙的大小和所述钝边的厚度设定焊接参数为：基值电流为40A，峰值电流为120A，基值电压为16V，峰值电压为20V，焊枪摆动频率0.5H_Z，焊枪摆动幅度为2mm(该值等于焊缝间隙大小)，脉冲频率为1H_Z(该值等于2倍焊枪摆动频率)，脉冲占空比为30％，侧边停留时间为0s，焊接速度为0.15m/min，80％Ar+20％CO₂的混合气体流量为15L/min。

3、焊接施焊步骤：

从上述实施例可知，本发明将焊接电参数同焊枪的运动相配合，通过基值电弧的低热量及脉冲电弧的高热量在焊接坡口的精确分布进行打底焊接，以获得优质的打底焊缝，实现了中厚板双面焊的免清根及单面焊双面成形的焊缝的打底焊接。本发明具有实用性强、实施成本低、焊接效率高、适应范围广的优点，能够满足大多数工况的需求，能够大幅度提高生产效率，易于实现工程化推广。

Claims

1.一种调制脉冲免清根打底焊接方法，包括焊前准备的步骤、焊接参数设定的步骤和焊接施焊的步骤，其特征在于，在所述焊接施焊的步骤中，通过控制焊枪的运动与焊接电参数的相互配合，实现焊枪摆动与脉冲电流电压协调起来进行焊接，使得在脉冲的峰值期间所述焊枪摆动到坡口单侧接近母材区域进行短路过渡打底焊接，在脉冲的基值期间所述焊枪摆动到坡口中间区域进行短路过渡打底焊接。

2.如权利要求1所述的调制脉冲免清根打底焊接方法，其特征在于，所述焊前准备的步骤具体为：在焊接板件上开设厚度为0～1.5mm的钝边及坡口角度为40°～60°的X型坡口、V型坡口、单V型坡口或K型坡口，对所述坡口及其附近的20mm范围内进行打磨、除锈和除油处理，装配成坡口间隙为2mm～6mm的待焊坡口。

3.如权利要求2所述的调制脉冲免清根打底焊接方法，其特征在于，所述X型坡口、V型坡口、单V型坡口和K型坡口适用于平焊位置，其中，X型坡口和K型坡口适用于双面焊免清根焊接，V型坡口和单V型坡口适用于单面焊双面成形打底焊接；所述的坡口间隙优选为3.5mm～5mm，所述的钝边厚度优选为0～1mm。

4.如权利要求2所述的调制脉冲免清根打底焊接方法，其特征在于，所述焊接参数设定的步骤具体为：根据所述焊接板件的厚度、所述坡口间隙的大小和所述钝边的厚度设定的焊接参数范围为：基值电流为40A～100A，峰值电流为120A～200A，基值电压为16V～19V，峰值电压为20V～24V，脉冲频率为1H_Z～10H_Z，脉冲占空比为30％～70％，焊枪摆动频率为0.5H_Z～5H_Z，焊枪摆动幅度为2mm～6mm，侧壁停留时间为0～0.4s，焊接速度为0.15m/min～0.3m/min，80％Ar+20％CO₂的混合气体的流量为15L/min～25L/min，其中，

式中，Tp—峰值期间，Tb—基值期间，T_c－侧壁停留时间。

5.如权利要求4所述的调制脉冲免清根打底焊接方法，其特征在于，所述的焊接参数的优选范围为：基值电流为40A～60A，峰值电流为150A～170A，基值电压为16V～18V，峰值电压为21V～23V，焊枪摆动频率为1H_Z～2.5H_Z，焊枪摆动幅度为3mm～5mm，脉冲频率为2H_Z～5H_Z，脉冲占空比为40％～60％，侧壁停留时间为0.2s～0.3s，焊接速度为0.175m/min～0.25m/min，80％Ar+20％CO₂的混合气体的流量为15L/min～20L/min。

6.如权利要求4所述的调制脉冲免清根打底焊接方法，其特征在于，所述焊接施焊的步骤具体为：施焊前保证所述焊枪位于焊缝中心线上，而后根据设定的焊接参数进行打底焊接，当基值期间所述焊枪行走在所述焊缝中心线的两侧的对称区域内，该对称区域的大小是由所述脉冲占空比决定的，当峰值期间所述焊枪行走在除基值期间的行走区域以外的其它区域。

7.如权利要求1所述的调制脉冲免清根打底焊接方法，其特征在于，所述的调制脉冲为由调制脉冲控制电路产生的矩形波，其脉冲电流和脉冲电压在焊接过程中切换同步，并且在峰值期间和基值期间内该脉冲电流与脉冲电压分别以普通直流焊接的规范参数进行匹配。

8.如权利要求1所述的调制脉冲免清根打底焊接方法，其特征在于，所述焊枪的摆动依靠具备摆动行走功能的用于自动化打底焊接的焊接设备实现，其摆动模式为周期性对称模式，即从焊缝中心线上的点算起每半个周期的行走轨迹关于垂直所述焊缝中心线的摆动轨迹参照线对称，每一个周期的行走轨迹关于该行走轨迹与焊缝中心线的交点对称。