CN105710503A - 用于焊接设备的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊接方法以及一种用于焊接设备的燃烧器(1)，该燃烧器包括不熔断的电极(2)、用于焊丝(4)的焊丝供给装置(3)以及用于将加热电流引入所供给的焊丝(4)中的电流引入装置(5)。焊丝供给装置(3)能够沿着两个进给方向被操纵，并且能够调节由电流引入装置(5)施加到焊丝(4)上的电压，以便对在焊丝尖部(7)和工件(8)之间的点火光弧(6)进行点火。

Description

用于焊接设备的燃烧器
技术领域
本发明涉及一种用于焊接设备的燃烧器，该燃烧器包括不熔断的电极、用于焊丝的焊丝供给装置以及用于将加热电流引入所供给的焊丝中的电流引入装置，以及本发明涉及一种利用不熔断的电极和作为附加材料的焊丝的焊接方法。
背景技术
用于WIG-/TIG焊接(钨极惰性气体焊接/Tunsten-Inertgas-Welding)的装置包括具有由钨材料制成的不熔断的电极的燃烧器头，其中，在电极和工件之间形成光弧(主光弧)，该光弧被保护气体(惰性气体)保护免于与大气气体接触。在WIG-/TIG焊接中，不仅能够利用附加材料并且也能够不利用附加材料进行工作.在使用附加材料的情况下，该附加材料通常作为杆或丝、借助手或经由进给驱动装置持续地进给到由主光弧形成的熔池中，同时燃烧器沿着焊缝前进移动，并且形成焊道。
在所谓的热丝方法中，所供给的焊丝在燃烧器尖部的区域中被加热，这由于附加材料的改善的熔化特性引起高质量的焊缝。焊丝的加热通过在燃烧器中的电流引入装置进行。只要在焊丝尖部和工件之间形成了短路，则经由电流引入装置所引入的加热电流就流过焊丝的前端并且通过欧姆加热将该焊丝加热.在此，只要焊丝尖部要么直接地要么通过熔池与工件短路连接，加热电流就可以流动。但是如果焊丝过强地被加热，则可能出现的是，焊丝尖部过快地熔化并且滴落，从而中断了短路。由于突然升高的电阻，在焊丝中的电压可能强烈地升高，并且在新的焊丝尖部和工件之间形成光弧(该光弧也称为“干扰光弧”或“错误光弧”)。这是非常不被期望的，因为错误光弧一方面本身不利地影响焊缝的品质，并且另一方面也可能影响主光弧的走势，这描述为“ArcBlow”或“灭弧(Lichtbogenblasen)”，并且又降低了焊缝的品质。
为了防止焊丝尖部的滴落和灭弧，US2002/0117489建议：将焊丝的进给速度与加热电流相协调并且设置电压限定器，以便避免错误光弧的形成.
在WIG-/TIG焊接中的另一个问题涉及在不熔断的电极和材料之间的光弧的点火(该光弧结合当前的说明书被描述为“主光弧”)。通常利用高压脉冲对主光弧进行点火，该高压脉冲可以在机器人或者说自动化设备的控制电子装置中引起干扰。在所谓的“提升引弧”中，为了对光弧进行点火而利用电极短暂地接触工件，并且该电极然后又离开一段距离。但是，在用于WIG-/TIG焊接的自动化应用中，通常不可使用提升引弧.
WO2010/082081A1公开了一种用于对主光弧点火的方法，其中，焊丝在点火之前进给直至工件，通过测量电压的电压降来探测接触，之后断开测量电压、利用加热电流对焊丝预热并且随后以传统的方式对主弧进行点火。
发明内容
本发明的任务在，改善开文提到的焊接方法并且克服现有技术的缺点.此外，本发明的目的是，提供一种开文提到类型的燃烧器，利用该燃烧器能够有利地实施按本发明的方法。
根据本发明，所述任务通过开文提到类型的燃烧器解决，其中，焊丝供给装置能够沿着两个进给方向被操纵，并且在该燃烧器中能够调节由电流引入装置施加到焊丝上的电压，以用于对在焊丝尖部和工件之间的点火光弧进行点火。利用该燃烧器，能够通过工件与焊丝尖部的接触、点火电流的接通以及焊丝的回拉对在焊丝尖部和工件之间的点火光弧进行点火。点火光弧对在不熔断的电极和工件之间的区域进行电离，从而能够在没有高压脉冲的情况下或者利用与到目前为止所需的相比明显更小的电压对主光弧进行点火。
有利地，可以设有测量单元，用于监控施加在焊丝上的电压.该测量单元允许探测：是否在焊丝和工件之间形成了短路。
在本发明的另一个有利的实施方式中，电流引入装置可以具有用于调节在焊丝中的电流的调节装置。经由所述调节装置能够不仅在点火时而且在焊接过程中调节点火电流和加热电流。
在一个优选的设计方案中，焊丝供给装置能够在焊接期间在供给焊丝的情况下以往复式进给运动的方式受到控制.通过焊丝尖部的交替的高动态的前进运动和后退运动，该焊丝尖部交替地侵入熔池中并且然后再次从该熔池中被回拉.在此，熔池在每个步骤中“被搅动”或者说处于振动中，其中，构成特别规律的焊道。该高动态的运动还对流出特性、脱屑、熔化功率等具有影响。由此能够影响很多因素并且能够最佳地适配于不同的应用.
优选地，在一个有利的实施方式中，调节装置能够使由电流引入装置引入的电流与往复式进给运动相协调。由此，避免了不期望的灭弧效应或干扰光弧，同时能够确保焊丝的高效的预热。
有利地，在此，调节装置能够在协调电流时考虑经由测量单元确定的短路信号。这允许：电流调节很准确地和自动化地协调于短路阶段的次序。
按本发明的优点还通过焊接方法实现，为了对在焊接设备的燃烧器的不熔断的电极和工件之间的主光弧进行点火，所述焊接方法具有下述步骤：在焊丝尖部和工件之间形成短路，设定在焊丝中的点火电流，将焊丝从工件抬起以用于对在焊丝尖部和工件之间的点火光弧进行点火，并且在由点火光弧电离的区域中对主光弧进行点火.
为了探测在焊丝和工件之间的短路，能够以有利的方式将测量电压施加到焊丝上。由此，能够以简单的方式调节进给运动.
有利地，在设定点火电流之前，焊丝能够由加热电流进行预热，由此从一开始就确保了焊道的均匀的形成。
焊丝的抬起能够以不同的方式实现，例如通过横向于或倾斜于焊丝轴线延伸的运动、焊丝的枢转运动或它们的组合。以优选的方式，所述抬起能够利用焊丝的后退运动来执行。由此，不需要自身的枢转装置或抬起装置，因为抬起运动能够通过焊丝供给装置产生.
在对主光弧点火之后，能够以往复式进给运动的方式供给焊丝，其中，熔池由焊丝尖部置于运动中或者说振动中.由此，能够形成特别均匀的和品质高的焊道。
在此，能够以有利的方式将加热电流与往复式进给运动相协调地激活以及去激活，从而避免灭弧效应和干扰光弧。
在一个优选的实施形式中，能够基于对在焊丝尖部和工件之间的短路的产生和解除的测量来调节用于在往复式进给运动期间的进给时间和/或回拉时间和/或进给速度和/或加热电流的参数的改变。这减少了待由操作人员设定的参数的数量。
附图说明
下面参照附图1至4详细解释本发明，这些附图示例性地、示意性地以及非限制性地示出本发明的有利的设计方案。在附图中：
图1是焊接设备的各元件的示意性总览图，利用该焊接设备实现本发明；
图2是利用按本发明的燃烧器执行的点火过程的示意图；
图3是在对主光弧点火时电流走势和电压走势的曲线图；并且
图4是往复式进绐运动的以及在此引入焊丝中的加热电流的曲线图。
具体实施方式
图1示出了焊接设备的对本发明的说明重要的元件，其中，燃烧器1和电动单元13通常呈现为在结构方面分离的单元。燃烧器1具有通常由钨构成的不熔断的电极2以及用于焊丝4的焊丝供给装置3。正如这通过转动箭头所示的那样，焊丝供给装置3能够将焊丝4沿着两个方向、即前进地(朝向焊丝尖部7)和后退地(朝向相反的方向)输送。焊丝储备通常通过焊丝供给装置3由滚轮(未示出)退绕。作为替代方案，焊丝能够利用手以杆的方式供给.焊丝从焊丝引导部14中出来朝向不熔断的电极，其中，在焊丝引导部14和工件之间设有足够的距离，从而避免：焊丝引导部14进入在不熔断的电极和工件8之间的主光弧11的区域中。
为了确保焊丝尖部7的均匀的和快速的熔断，在焊丝引导部14和焊丝尖部7之间的焊丝4区域由加热电流IH通流，该加热电流通过欧姆加热对焊丝预热.加热电流IH在焊丝引导部14的区域中被引入焊丝4中，其中，只要在焊丝尖部7和工件8之间(要么通过直接的接触要么经由熔池)存在短路，就确保电流流动.通过焊丝引导部14，如这在下文更深入地描述的那样，也能够将点火电流IZ引入焊丝4中。
电动单元13具有电流引入装置5、焊接电流源12、调节装置9以及测量单元10.焊丝引导部14连接至电流引入装置5的阴极上，并且通过该阴极供应加热电流IH或者说点火电流IZ。焊接电流源12的阴极与不熔断的电极2相连，并且给该不熔断的电机供应为保持主光弧11所必要的焊接电流IS.在该情况下电流引入装置5的和焊接电流源12的阳极与工件8相连。类似地，各极也能够调换。测量单元10测量施加在焊丝引导部14上的电压，其中电压降表征在焊丝4和工件8之间的短路，并且电压的升高表征短路的中断。此外，测量单元10也能够测量施加在不熔断的电极上的电压，例如用于监控主光弧11的点火和完整度.
调节单元9用于控制和协调焊接装置的各个元件。调节单元9控制电流引入装置5以及焊接电流源12。此外，调节单元9控制焊丝供给装置3的驱动并且将该驱动与电流引入装置5和焊接电流源12相协调。由调节单元9实施的调节方法在本专业领域中充分已知并且在此仅在该调节方法直接涉及本发明的程度中进行描述。为了清楚起见，在附图中也未示出用于给不熔断的电极2供给惰性气体的结构元件，因为这些元件是本领域技术人员已知的。
在一个替代的实施方式中，焊丝供给装置3也能够布置在电动单元13或者说焊接电流源12中。从现有技术中已知的软管组能够用作通往燃烧器的连接部，全部的介质在该软管组中引导。
在下文在同时引用图1的情况下被描述的图2示出了不同的相继接连的状态a)到f)，根据本发明这些装置是为了对主光弧11点火而要经历的。状态a)示出了在即将点火前的情况，其中，在不熔断的电极2和工件8之间的间距m不足以利用由焊接电流源12施加到不熔断的电极2上的电压容易地对主光弧11进行点火。经由之前所描述的电流引入装置5现在将测量电压UM施加到焊丝4上，并且焊丝供给装置3以具有速度v1的前进运动传送焊丝4。只要焊丝尖部7接触工件8，测量单元10就探测到突然的电压降，继而使焊丝供给装置3停止并且在焊丝4和工件8之间形成短路，正如这在状态b)中示出。在该状态b)中，现在由电流引入装置5经由焊丝引导部14将点火电流IZ引入焊丝中，并且焊丝4以速度v2返回运动，其中，在焊丝尖部7从工件8抬起时形成点火光弧6，如这在状态c)中示出。必要时可以在点火光弧6的点火之前，利用加热电流将焊丝预热。
在替代的实施方式中，焊丝尖部的抬起也能够通过横向于或倾斜于焊丝的轴线引导的运动或枢转运动来实现，例如借助于(未示出的)如下装置：利用该装置能够使焊丝引导部14枢转或侧向地移动。这尤其是在以下应用情况中是有利的，在这些应用情况中焊丝的供给相对于工件8的表面以平角进行，并且借助于焊丝供给装置3的焊丝尖部7的纯后退运动使点火光弧6引导至不足够靠近不熔断的电极2的尖部的位置。
现在在图2中，现在通过焊丝尖部7的进一步的后退运动使点火光弧6如此程度地延长(状态d)，直到在通过点火光弧6电离的区域和不熔断的电极2的尖部之间的间隔n如此小，使得仅基于施加在不熔断的电极2上的怠路电压(Leerlaufspannung)US对在不熔断的电极2和工件8之间的主光弧11点火，正如在状态e中所示的那样，而同时维持点火光弧6。主光弧11的点火能够由测量单元10通过与之相连的电压降被探测，其中，如果主光弧11稳定地燃烧，则调节装置9断开点火电流IZ，从而点火光弧6熄灭，正如在状态f)中所示的那样。然后，为了进行焊接，使焊丝4以在焊接中通常的进给速度v3朝向工件8并且朝向被主光弧11熔化的区域进给并且如此地补充传送，使得为形成焊道而供给足够的材料。
图3示出了示例性的、示意性的在上述的点火过程期间的以下参数的走势：
IDraht：在焊丝中的电流走势；
UDraht：在焊丝中的电压走势；
vD：焊丝的进给速度；
Uwig：在不熔断的电极中的电压走势；
Iwig：在不熔断的电极中的电流走势；
在用i)标记的点火过程起点处，在焊丝4上施加电压UM以及在不熔断的电极2上施加电压UE.然后在用ii)代表的区域中，焊丝以速度v1前进运动，直到在点iii)时通过电压UDraht的下降探测到短路，即焊丝尖部7接触工件8。焊丝4的进给运动停止并且将加热电流IH引入焊丝中，以便对该焊丝预热。
为了对点火光弧点火，在焊丝4中的电流IDraht在区域iv)中斜坡状地被提高至点火电流IZ，并且焊丝4经由焊丝供给装置3被回拉，从而焊丝尖部7从工件8抬起并且对点火光弧6点火.点火光弧6的点火能够通过在焊丝中的电压DDraht的与之相关的升高而看出。焊丝在燃烧的点火光弧6的情况下继续后退运动，直到主光弧11点火。这通过由此触发的在不熔断的电极2中的电压Uwig的电压降看出(这对应于图3中的区域v)).由此，相应地也提供对于主光弧11必要的点火电流Iwig.
然后，焊丝供给装置3使焊丝4停止并且如此久地维持在焊丝中的点火电流IZ，直到主光弧11稳定地燃烧。在该区域中，主光弧11和点火光弧6同时燃烧。然后，在vi)中，只要达到了对于主光弧11所需的电流强度，就将在焊丝4中的电流断开，从而点火光弧6熄灭，而主光弧11稳定地燃烧。
电流IDraht和/或电压UDraht能够为了对点火光弧6点火而在其走势中也获得至少一个脉冲PI、PU。由此，相对于恒定的走势得到，通过提高的能量更快速地实现点火.
此外，能够设置装置，以便也改变例如焊丝的迎角(Anstellwinkel)、高度、位置等。由此确保，点火光弧6紧靠着不熔断的电极2燃烧并且相应地电离用于将主光弧11点火的路径。例如，在一种应用(其中焊丝很扁平地被供给)中，相应于此，点火光弧6也很扁平地延伸并且因此以与不熔断的电极2的较大的距离燃烧。如果为了点火而使焊丝尖部7朝向不熔断的电极2运动，则点火光弧6也更靠近不熔断的电极2地被引导。对于后面的焊接过程而言，焊丝尖部7能够从被改变的位置再次运动回到到原始的位置中。
在图3中的曲线图的结束处的状态基本上对应于在图2中的状态f)。对于在图2中示出的点火方法示例而言，通常在点火过程的起点(点i)和主光弧11的稳定燃烧(点ix)之间进行大约20至50ms、例如30ms，其中，相应的值尤其是与在钨电极和工件之间的间距有关。
在将主光弧11点火之后，能够以传统的方式控制焊接过程，其方式为：焊丝供给装置3将焊丝4的必要的量供给到熔池中，同时为了预热对焊丝4加载加热电流IH.
焊丝供给装置3能实现了在前进运动和后退运动之间的快速的、动态的转换，从而能够足够快速地执行点火。但也能够在焊接过程期间有利地使用该特征，以便有利地影响焊缝的质量。结合图4详细地阐释对此所采用的方法。在此，将焊丝4在往复式进给运动中供给，其中，焊丝尖部7在每个后退运动时都从熔池中出来并且由此解除在工件8和焊丝4之间的短路。
在图4中，以曲线图的形式示出加热电流IH、进给速度vD和短路KS的该走势。在往复式进给运动中，将焊丝以交替的方式一次性地沿着正向的进给方向以速度v+进给，以便之后沿着负向的进给方向以速度v-被回拉。正如这在图4中可见的那样，速度v+的值大于速度v-的值，从而焊丝在由前进运动和后退运动形成的每个循环之后进一步输送一段。同样地，前进运动的持续时间比后退运动的持续时间更长，这增强了该效果。持续时间和速度由调节装置9如此地设定，使得始终供给为形成焊道所需要的附加材料的量.
在每个前进运动中，焊丝尖部沉入熔池中、改变进给方向并且再次从熔池中出来，从而熔池由此处于振动中。这种在始终相同的步子中产生的振动确保非常均匀的和品质高的焊缝。
在每个前进运动中，如果焊丝尖部7沉入熔池，则形成短路，并且在倒行抽拉中，如果焊丝尖部7从熔池中出来，则解除短路。短路阶段在图4中通过信号KS表示。短路的每次形成和解除都可以由测量单元10基于由此引起的电压改变准确地确定.能够使用由测量单元10确定的短路信号KS，以便调节进给速度，并且以便引入于短路阶段协调的加热电流IH，如这在图4中可见。
只要焊丝尖部7侵入熔池中并且探测到短路(在点I处)，则加热电流IH斜坡状地升高直至所设定的最大值，其中，焊丝以恒定的进给速度v+进给.在进给时间t1之后，(在点II处开始)将进给速度持续地降低并且随后反向，直到(在点III处)探测到短路的解除。在此之后，回拉速度在回拉时间t2上(直至点IV)保持不变，在此时该恒定的速度等于最大的回拉速度v-.与进给速度的转变并行地(也即在点II和点III之间)，将加热电流IH斜坡状地倒回调节，从而在短路解除(点III)时仅很少或根本没有加热电流IH流动，由此不形成干扰光弧和/或不形成焊接飞溅物(Schweiβspritzer).同时，调节装置9确保：随时地将至少一个测量电压施加在焊丝上，从而短路变换随时能被识别。在经过回拉时间t2之后，进给速度再次以斜坡的形式反向，直到探测到短路信号，并且(在点I′处)重新开始下一个循环。所述方法可以经由仅较少的待设定的参数进行调节，其方式为：最大速度相应地通过短路的形成或者解除进行设定。
附图标记
1燃烧器
2不熔断的电极
3焊丝供给装置
4焊丝
5电流引入装置
6点火光弧
7焊丝尖部
8工件
9调节装置
10测量单元
11主光弧
12焊接电流源
13电动单元
14焊丝引导部

Claims (13)

1.一种用于焊接设备的燃烧器(1)，该燃烧器包括不熔断的电极(2)、用于焊丝(4)的焊丝供给装置(3)以及用于将加热电流引入所供给的焊丝(4)中的电流引入装置(5)，其特征在于，所述焊丝供给装置(3)能够沿着两个进给方向被操纵，并且由电流引入装置(5)施加到焊丝(4)上的电压能够被调节，以便对在焊丝尖部(7)和工件(8)之间的点火光弧(6)进行点火。
2.按照权利要求1所述的燃烧器(1)，其特征在于，设有测量单元(10)，用于监控施加在焊丝(4)上的电压。
3.按照权利要求1或2所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述电流引入装置(5)具有调节装置(9)，用于调节在焊丝(4)中的电流。
4.按照权利要求1到3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述焊丝供给装置(3)能够在焊接期间在供给焊丝(4)时以往复式进给运动的方式被控制。
5.按照权利要求4所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述调节装置(9)将由电流引入装置(5)引入的电流与往复式进给运动相协调。
6.按照权利要求4或5所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述调节装置(9)在电流的协调中考虑经由测量单元(10)确定的短路信号。
7.一种利用不熔断的电极和作为附加材料的焊丝的焊接方法，其特征在于，为了对在焊接设备的燃烧器的不熔断的电极和工件之间的主光弧进行点火，所述方法具有下述步骤：
-在焊丝尖部和工件之间形成短路；
-设定在焊丝中的点火电流；
-将焊丝从工件抬起，以便对在焊丝尖部和工件之间的点火光弧进行点火；
-在由点火光弧电离的区域中对主光弧进行点火。
8.按照权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，为了探测在焊丝和工件之间的短路，将测量电压施加到焊丝上。
9.按照权利要求7或8所述的焊接方法，其特征在于，在设定点火电流之前，由加热电流对焊丝预热。
10.按照权利要求7到9中任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述抬起利用焊丝的后退运动来执行。
11.按照权利要求7到10中任一项所述的焊接方法，其特征在于，在对主光弧点火之后，以往复式进给运动的方式供给焊丝。
12.按照权利要求11所述的焊接方法，其特征在于，所述加热电流与往复式进给运动协调地进行进行激活以及去激活。
13.按照权利要求11或12所述的焊接方法，其特征在于，基于对在焊丝尖部和工件之间的短路的产生和解除的测量来调节用于在往复式进给运动期间的进给时间和/或回拉时间和/或进给速度和/或加热电流的参数的变化。
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