CN107570851B - 横向焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种横向焊接方法，所述横向焊接方法包括以下步骤：定位待焊的第一工件和第二工件，使待焊面处于横向焊接位置；提供前置热源和后置热源，使第一工件与第二工件的待焊面的待焊处形成焊缝，前置热源的能量密度大于后置热源的能量密度，前置热源与后置热源的位置关系为：第一直线与第四直线之间的第一夹角、第二直线与第八直线的第三夹角、第五直线与第八直线的第四夹角和第六直线与第九直线的第六夹角均大于0度且小于等于15度，第四直线与第七直线的第二夹角大于等于‑30度且小于等于30度，第三直线与第九直线的第五夹角大于等于‑15度且小于0度。所述横向焊接方法具有焊接效率高、焊接质量好、焊接难度低等优点。

Description

横向焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体地，涉及横向焊接方法。

背景技术

现有的平焊方法在不设置衬垫的情况下，无法实现焊缝的单面焊双面成型。为了实现焊缝的单面焊双面成型，只能在焊缝的背面设置衬垫。但是，设置衬垫存在成本高、效率低的缺陷。

在焊接箱型件时，为了确保箱型件例如起重机的吊臂能够有充分的承载力，工艺要求箱型件的正背面实现良好成型，焊缝根部完全熔透。目前，在不设置衬垫的情况下，使用常规气保焊对箱型件进行焊接时，熔池金属在重力的作用下产生流淌，无法实现背面良好的成型，经常出现背面未熔透和焊漏，不仅减少了箱型件的承载面积，更容易引起箱型件的开裂等质量问题，严重制约着大型装备制造。

因此，当箱型件的背面有较大空间时，人工对箱型件的背面进行补焊。但是，这导致焊接效率低、劳动强度过大，且人工焊接质量无法保证。

但是，当箱型件的背面空间较小时，人工无法进行背面焊接。此时，只能在箱型件的背面设置衬垫。对于长度较大的箱型件例如起重机的吊臂来说，其背面空间非常狭小，甚至无法在其背面设置衬垫，导致长度较大的箱型件存在背面未熔透和焊漏的质量缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的在不设置衬垫的情况下，无法实现焊缝的单面焊双面成型问题，提供横向焊接方法，该横向焊接方法可以在不设置衬垫的情况下实现单面焊双面成型。

为了实现上述目的，本发明提供一种横向焊接方法，所述横向焊接方法包括以下步骤：定位待焊的第一工件和第二工件，使待焊面处于横向焊接位置；提供前置热源和后置热源，使所述第一工件与所述第二工件的待焊面的待焊处形成焊缝，所述前置热源的能量密度大于所述后置热源的能量密度，所述前置热源与所述后置热源的位置关系为：第一平面为垂直于所述焊缝的平面，第二平面为平行于所述焊缝的竖直面，第三平面为水平面，所述前置热源的中心线、所述后置热源的中心线和焊缝中心线沿着与焊接方向相反的方向在所述第一平面上的投影分别为第一直线、第四直线和第七直线(对应侧视图)，所述前置热源的中心线和所述后置热源的中心线沿邻近所述第一工件和所述第二工件中的至少一个的方向在所述第二平面上的投影分别为第二直线和第五直线(对应前视图)，所述前置热源的中心线和所述后置热源的中心线向下在所述第三平面上的投影分别为第三直线和第六直线(对应俯视图)，所述第一平面分别与所述第二平面和所述第三平面相交于第八直线和第九直线，其中所述第一直线与所述第四直线之间的第一夹角大于0度且小于等于15度，所述第四直线与所述第七直线的第二夹角大于等于-30度且小于等于30度，所述第二直线与所述第八直线的第三夹角大于0度且小于等于15度，所述第五直线与所述第八直线的第四夹角大于0度且小于等于15度，所述第三直线与所述第九直线的第五夹角大于等于-15度且小于0度，所述第六直线与所述第九直线的第六夹角大于0度且小于等于15度。

根据本发明的横向焊接方法通过利用能量密度较大的前置热源向第一工件和第二工件提供热量，从而可以使前置热源对第一工件和第二工件具有一定的穿透力，由此前置热源可以穿透第一工件和第二工件以便连续地创建坡口和匙孔。

能量较小的后置热源可以连续地产生适量的液态金属，并能够使产生的液态金属通过重力、表面张力、外加机械力等的作用，通过该坡口和该匙孔进入到第一工件和第二工件的背面以及填充在该坡口和该过孔内，并在产生流淌之前凝固，从而可以得到正背面成型良好的焊缝，以便在不设置衬垫的情况下，实现单面焊双面成型。

而且，根据本发明的横向焊接方法通过设置前置热源和后置热源在三维空间内的角度(该第一夹角至该第六夹角)，从而不仅可以防止前置热源的穿透力过强和过弱以便连续地创建坡口和匙孔、防止后置热源填充过多和过少的液态金属，以便使后置热源产生的液态金属在凝固之前顺利地通过前置热源创建的该坡口和该匙孔进入焊缝背面，并填满该坡口和该匙孔所形成的空间，而且可以调节背面金属的熔覆性和润湿性，优化焊缝的微观组织结构和宏观形貌。由此不会产生流淌、咬边、焊瘤等质量缺陷，无需对背面进行补焊以便消除缺陷，从而可以在不设置衬垫的情况下，实现单面焊双面成型，提高了焊接效率。

因此，根据本发明的横向焊接方法通过能量密度较大的前置热源形成该坡口和该匙孔、通过能量密度较小的后置热源填充液体金属，从而可以形成熔深更深、熔宽较小的焊缝、减少焊接层数和焊接道数、减小焊接变形、提高焊缝质量和焊接效率。

利用根据本发明实施例的横向焊接方法焊接箱型件，尤其是长度较大的箱型件，不仅无需在箱型件的背面设置衬垫，以便降低焊接成本、提高焊接效率，而且无需人工对箱型件的背面进行补焊，以便提高焊接效率、降低劳动强度。

因此，根据本发明的横向焊接方法具有焊接效率高、焊接质量好、焊接难度低等优点，可以在不设置衬垫的情况下实现单面焊双面成型。

优选地，所述第一工件的焊接面和所述第二工件的焊接面中的每一个与竖直线的第七夹角大于等于0度且小于等于30度。

优选地，所述第一夹角、所述第二夹角、所述第三夹角和所述第四夹角中的每一个随着所述第七夹角的增大而减小，所述第五夹角和所述第六夹角中的每一个随着所述第七夹角的增大而增大。

优选地，所述第三夹角、所述第四夹角、所述第五夹角和所述第六夹角中的每一个随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而减小。

优选地，焊接速度随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大；所述前置热源和所述后置热源的中心距离随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大。

优选地，所述前置热源与所述后置热源之间设有磁场，所述前置热源的电流、所述后置热源的电流、所述后置热源的电压、所述后置热源的保护气体的流量、等离子气体流量和所述磁场的强度中的每一个随着所述第一工件的厚度和所述第二工件的厚度中的至少一个的增大而增大；所述前置热源的电流随着所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小，所述后置热源的电流和所述后置热源的电压中的每一个随着所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小。

优选地，所述第一夹角大于等于5度且小于等于10度，所述第二夹角大于等于10度且小于等于20度或者大于等于-20度且小于等于-10度，所述第三夹角和所述第四夹角中的每一个大于等于5度且小于等于10度，所述第五夹角大于等于-10度且小于等于-5度，所述第六夹角大于等于5度且小于等于10度，所述第七夹角大于等于10度且小于等于20度。

优选地，所述前置热源和所述后置热源均作用在焊缝中心，所述前置热源的作用面积小于所述后置热源的作用面积，所述前置热源为电子束、激光束或等离子束，所述后置热源为电弧，所述后置热源的保护气体选自氩气、富氩混合气、二氧化碳气体、氮气和氦气中的至少一种，所述前置热源的电流为80安培-160安培，所述后置热源的电流为310安培-400安培，所述后置热源的电压为18伏特-24伏特，所述后置热源的保护气体的流量为10升/分钟-25升/分钟；优选地，所述前置热源的电流为120安培，所述后置热源的电流为355安培，所述后置热源的电压为21.25伏特，所述后置热源的保护气体的流量为17.5升/分钟；优选地，所述前置热源为等离子束，所述前置热源的等离子气体流量为6.5升/分钟。

优选地，所述焊接速度为600毫米/分钟-1800毫米/分钟，优选地，所述焊接速度为1100毫米/分钟-1200毫米/分钟。

优选地，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为5毫米-10毫米，优选地，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为7.5毫米。

优选地，所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为3毫米-8毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为3毫米-8毫米；优选地，所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5.5毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5.5毫米。

优选地，所述第一工件与所述第二工件的间隙小于等于2毫米，优选地，所述第一工件与所述第二工件的间隙等于0毫米以便所述第一工件与所述第二工件接触。

优选地，利用等离子切割方式制造所述第一工件和所述第二工件，所述第一工件和所述第二工件之间具有I形坡口。

附图说明

图1是利用根据本发明实施例的横向焊接方法进行焊接的侧视图；

图2是图1中的A区域的放大图；

图3是利用根据本发明实施例的横向焊接方法进行焊接的前视图；

图4是利用根据本发明实施例的横向焊接方法进行焊接的俯视图；

图5是利用根据本发明实施例的横向焊接方法形成的焊缝剖面的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的横向焊接方法。如图1-图4所示，根据本发明实施例的横向焊接方法包括以下步骤：

定位待焊的第一工件110和第二工件120，使待焊面处于横向焊接位置；

提供前置热源130和后置热源140，使第一工件110与第二工件120的待焊面的待焊处形成焊缝，前置热源130的能量密度大于后置热源140的能量密度。前置热源130与后置热源140的位置关系为：

第一平面为垂直于该焊缝的平面，第二平面为平行于该焊缝的竖直面，第三平面为水平面。

前置热源130的中心线沿着与焊接方向相反的方向在该第一平面上的投影为第一直线L1，后置热源140的中心线沿着与焊接方向相反的方向在该第一平面上的投影为第四直线L4，焊缝中心线沿着与焊接方向相反的方向在该第一平面上的投影为第七直线L7。前置热源130的中心线沿邻近第一工件110和第二工件120中的至少一个的方向在该第二平面上的投影为第二直线L2，后置热源140的中心线沿邻近第一工件110和第二工件120中的至少一个的方向在该第二平面上的投影为第五直线L5。前置热源130的中心线向下在该第三平面上的投影第三直线L3，后置热源140的中心线向下在该第三平面上的投影第六直线L6。

该第一平面与该第二平面相交于第八直线L8，该第一平面与该第三平面相交于第九直线L9。也就是说，该第一平面和该第二平面为相交平面，第八直线L8为该第一平面和该第二平面的交线，该第一平面和该第三平面为相交平面，第九直线L9为该第一平面和该第三平面的交线。

第一直线L1与第四直线L4之间的第一夹角α1大于0度且小于等于15度，第四直线L4与第七直线L7的第二夹角α2大于等于-30度(负30度)且小于等于30度(如图1和图2所示)。也就是说，在侧视图中，即沿着与焊接方向相反的方向看该第一平面时，第一夹角α1大于0度且小于等于15度，第二夹角α2大于等于-30度(负30度)且小于等于30度。

第二直线L2与第八直线L8的第三夹角Ψ1大于0度且小于等于15度，第五直线L5与第八直线L8的第四夹角Ψ2大于0度且小于等于15度(如图3所示)。也就是说，在前视图中，即沿邻近第一工件110和第二工件120中的至少一个的方向看该第二平面时，第三夹角Ψ1大于0度且小于等于15度，第四夹角Ψ2大于0度且小于等于15度。

第三直线L3与第九直线L9的第五夹角β1大于等于-15度(负15度)且小于0度，第六直线L6与第九直线L9的第六夹角β2大于0度且小于等于15度(如图4所示)。也就是说，在俯视图中，即向下看该第三平面时，五夹角β1大于0度且小于等于15度，第六夹角β2大于等于-15度(负15度)且小于0度。

其中，图3中示出了两个第八直线L8，图4中示出了两个第九直线L9。由于图3中的两个第八直线L8是彼此平行的，因此第二直线L2与任意一个第八直线L8的夹角都是第三夹角Ψ1，第五直线L5与任意一个第八直线L8的夹角都是第四夹角Ψ2。由于图4中的两个第九直线L9是彼此平行的，因此第三直线L3与任意一个第九直线L9的夹角都是第五夹角β1，第六直线L6与任意一个第九直线L9的夹角都是第六夹角β2。

事实上，由于垂直于该焊缝的平面可以是无数个，即该第一平面可以是无数个，因此第八直线L8可以是无数个且彼此平行，第九直线L9可以是无数个且彼此平行。

下面以第一直线L1与第四直线L4之间的第一夹角α1为例，说明夹角取正值和负值的含义。

第一直线L1与第四直线L4之间的第一夹角α1取正值是指：第四直线L4在顺时针方向上位于第一直线L1的下游，即第一直线L1在顺时针方向上旋转的角度为第一夹角α1时，第一直线L1与第四直线L4重合。

第一直线L1与第四直线L4之间的第一夹角α1取负值是指：第四直线L4在逆时针方向上位于第一直线L1的下游，即第一直线L1在逆时针方向上旋转的角度为第一夹角α1时，第一直线L1与第四直线L4重合。

其中，横向焊接可以包括：焊接待焊工件的垂直平面上的水平方向的焊缝、焊接待焊工件的倾斜平面上的水平方向的焊缝。

根据本发明实施例的横向焊接方法通过利用能量密度较大的前置热源130向第一工件110和第二工件120提供热量，从而可以使前置热源130对第一工件110和第二工件120具有一定的穿透力，由此前置热源130可以穿透第一工件110和第二工件120以便连续地创建坡口和匙孔。

能量较小的后置热源140可以连续地产生适量的液态金属，并能够使产生的液态金属通过重力、表面张力、外加机械力等的作用，通过该坡口和该匙孔进入到第一工件110和第二工件120的背面以及填充在该坡口和该过孔内，并在合适的时间窗口内凝固，即在产生流淌之前凝固，从而可以得到正背面成型良好的焊缝(如图5所示)，以便在不设置衬垫的情况下，实现单面焊双面成型。

而且，根据本发明实施例的横向焊接方法通过设置前置热源130和后置热源140在三维空间内的角度(该第一夹角α1至该第六夹角β2)，从而不仅可以防止前置热源130的穿透力过强和过弱以便连续地创建坡口和匙孔、防止后置热源140填充过多和过少的液态金属，以便使后置热源140产生的液态金属在凝固之前顺利地通过前置热源130创建的该坡口和该匙孔进入焊缝背面，并填满该坡口和该匙孔所形成的空间，而且可以调节背面金属的熔覆性和润湿性，优化焊缝的微观组织结构和宏观形貌。由此不会产生流淌、咬边、焊瘤等质量缺陷，无需对背面进行补焊以便消除缺陷，从而可以在不设置衬垫的情况下，实现单面焊双面成型，提高了焊接效率。

具体而言，如果前置热源130的穿透力过强、后置热源140填充过多的液态金属，则导致第一工件110和第二工件120的背面的金属熔透过多，甚至导致焊漏。如果前置热源130的穿透力过强、后置热源140填充过少的液态金属，则导致第一工件110和第二工件120的正面存在未焊满、咬边等缺陷。

如果前置热源130的穿透力过弱，则导致第一工件110和第二工件120的背面未焊透的缺陷。如果前置热源130的穿透力过弱、后置热源140填充过多，则无法在第一工件110和第二工件120上产生匙孔，从而导致出现背面未焊透、正面流淌、焊瘤、余高过高、焊缝不对称等缺陷。

因此，根据本发明实施例的横向焊接方法通过能量密度较大的前置热源130形成该坡口和该匙孔、通过能量密度较小的后置热源140填充液体金属，从而可以形成熔深更深、熔宽较小的焊缝、减少焊接层数和焊接道数、减小焊接变形、提高焊缝质量和焊接效率。

利用根据本发明实施例的横向焊接方法焊接箱型件，不仅无需在箱型件的背面设置衬垫，以便降低焊接成本、提高焊接效率，而且无需人工对箱型件的背面进行补焊，以便提高焊接效率、降低劳动强度。

因此，根据本发明实施例的横向焊接方法具有焊接效率高、焊接质量好、焊接难度低等优点，可以在不设置衬垫的情况下实现单面焊双面成型。

由于根据本发明实施例的横向焊接方法可以实现单面焊双面成型，因此根据本发明实施例的横向焊接方法尤其适合焊接背面空间小的工件，例如箱型件。其中，焊接后的该箱型件的横截面具有封闭的内沿和外沿。

也就是说，焊接后的该箱型件可以是由上金属板、左侧金属板、下金属板和右侧金属板依次相连构成的部件，焊接后的该箱型件的横截面可以是四边形。焊接后的该箱型件内具有容纳空间，该容纳空间的前端和后端都可以敞开。具体地，该箱型件可以是起重机的吊臂、混凝土泵车的输送臂等。

在焊接前，第一工件110和第二工件120可以是分离的，当采用冷成型方式或热成型方式得到第一工件110和第二工件120时，第一工件110和第二工件120可以一体成型。

该箱型件的长度与宽度之比可以是(3-10)：1，该箱型件的长度与高度之比可以是(3-10)：1。优选地，该箱型件的长度与宽度之比可以是(5-10)：1，该箱型件的长度与高度之比可以是(5-10)：1。更加优选地，该箱型件的长度与宽度之比可以是(7-10)：1，该箱型件的长度与高度之比可以是(7-10)：1。其中，该箱型件的长度与高度和宽度之比越大，越难以进行背面补焊，越适合利用根据本发明实施例的横向焊接方法进行焊接。

如图1和图2所示，在进行横向焊接时，第一工件110和第二工件120可以倾斜地设置。第一工件110的焊接面和第二工件120的焊接面中的每一个与竖直线的第七夹角可以大于等于0度且小于等于30度。优选地，该第七夹角可以大于0度且小于等于30度。

具体地，当第一工件110和第二工件120中的每一个为平板状时，第一工件110和第二工件120中的每一个与竖直线的第七夹角可以大于等于0度且小于等于30度。当第一工件110和第二工件120构成该箱型件时，前置热源130和后置热源140作用在第一工件110的平板部和第二工件120的平板部上。第一工件110的平板部和第二工件120的平板部中的每一个与竖直线的第七夹角可以大于等于0度且小于等于30度。

也就是说，当第一工件110和第二工件120构成该箱型件时，位于下方的工件(例如图1中的第一工件110)的底面与水平面的夹角θ可以大于或等于0度且小于等于30度。

为了便于描述，以下用第一工件110来表示平板状的第一工件110以及构成该箱型件的第一工件110的平板部，用第二工件120来表示平板状的第二工件120以及构成该箱型件的第二工件120的平板部。

由于前置热源130和后置热源140在三维空间内的角度与前置热源130的穿透力和后置热源140填充的液态金属量有关，因此该第一夹角α1至该第六夹角β2与该第七夹角最好是相关联的。其中，前置热源130所创建的匙孔在三维空间内的角度与前置热源130在三维空间内的角度可以相同。

具体而言，该第一夹角α1、该第二夹角α2、该第三夹角Ψ1和该第四夹角Ψ2中的每一个可以随着该第七夹角的增大而减小，该第五夹角β1和该第六夹角β2中的每一个可以随着该第七夹角的增大而增大。此外，该第三夹角Ψ1、该第四夹角Ψ2、该第五夹角β1和该第六夹角β2中的每一个可以随着前置热源130的电流和后置热源140的电流中的至少一个的增大而减小。

优选地，该第一夹角α1可以大于等于5度且小于等于10度，该第二夹角α2可以大于等于10度且小于等于20度或者大于等于-20度且小于等于-10度，该第三夹角Ψ1和该第四夹角Ψ2中的每一个可以大于等于5度且小于等于10度，该第五夹角β1可以大于等于-10度且小于等于-5度，该第六夹角β2可以大于等于5度且小于等于10度，该第七夹角可以大于等于10度且小于等于20度。

此外，根据本发明实施例的横向焊接方法的其它参数最好也是相关联的。具体而言，焊接速度可以随着前置热源130的电流和后置热源140的电流中的至少一个的增大而增大。由此可以防止前置热源130的穿透力过强，并防止后置热源140填充过多的液态金属。

优选地，该焊接速度可以是600毫米/分钟-1800毫米/分钟。进一步优选地，该焊接速度可以是800毫米/分钟-1500毫米/分钟。更加优选地，该焊接速度可以是1000毫米/分钟-1300毫米/分钟。最优选地，该焊接速度可以是1100毫米/分钟-1200毫米/分钟。

前置热源130和后置热源140的中心距离d可以随着前置热源130的电流和后置热源140的电流中的至少一个的增大而增大。由此可以防止在单位面积内施加过多的热量，从而避免背面焊漏。其中，前置热源130和后置热源140的中心距离d为：前置热源130的第一端和后置热源140的第一端在该焊缝的长度方向上的距离。前置热源130的第一端为前置热源130的邻近第一工件110和第二工件120的端部，后置热源140的第一端为后置热源140的邻近第一工件110和第二工件120的端部。

优选地，前置热源130和后置热源140的中心距离d可以是5毫米-10毫米。进一步优选地，前置热源130和后置热源140的中心距离d可以是6毫米-9毫米。更加优选地，前置热源130和后置热源140的中心距离d可以是7.5毫米。

前置热源130的电流随着前置热源130与第一工件110和第二工件120的垂直距离h的减小而减小，后置热源140的电流和后置热源140的电压中的每一个随着后置热源140与第一工件110和第二工件120的垂直距离h的减小而减小。由此可以防止前置热源130的穿透力过强，并防止后置热源140填充过多的液态金属。

其中，当第一工件110的前表面与第二工件120的前表面平齐时，前置热源130与第一工件110和第二工件120的垂直距离h是指前置热源130的第一端与第一工件110的前表面和第二工件120的前表面中的任意一个的垂直距离，后置热源140与第一工件110和第二工件120的垂直距离h是指后置热源140的第一端与第一工件110的前表面和第二工件120的前表面中的任意一个的垂直距离。

当第一工件110的前表面与第二工件120的前表面不平齐时，即第一工件110的厚度不等于第二工件120的厚度，前置热源130与第一工件110和第二工件120的垂直距离h是指前置热源130的第一端与第一工件110和第二工件120中的较薄的一个的前表面的垂直距离，后置热源140与第一工件110和第二工件120的垂直距离h是指后置热源140的第一端与第一工件110和第二工件120中的较薄的一个的前表面的垂直距离。

前置热源130的第一端为前置热源130的邻近第一工件110和第二工件120的端部，后置热源140的第一端为后置热源140的邻近第一工件110和第二工件120的端部。

优选地，前置热源130与第一工件110和第二工件120的垂直距离h可以是3毫米-8毫米，后置热源140与第一工件110和第二工件120的垂直距离h可以是3毫米-8毫米。

进一步优选地，前置热源130与第一工件110和第二工件120的垂直距离h可以是4毫米-7毫米，后置热源140与第一工件110和第二工件120的垂直距离h可以是4毫米-7毫米。

更加优选地，前置热源130与第一工件110和第二工件120的垂直距离h可以是5.5毫米，后置热源140与第一工件110和第二工件120的垂直距离h可以是5.5毫米。

最优选地，前置热源130与第一工件110和第二工件120的垂直距离h可以等于后置热源140与第一工件110和第二工件120的垂直距离h。

前置热源130与后置热源140之间可以设有磁场。通过在前置热源130与后置热源140之间设置磁场，从而可以避免前置热源130的电弧与后置热源140的电弧之间产生干扰，并可以调整前置热源130的电弧的形态和后置热源140的电弧的形态。优选地，该磁场可以位于邻近前置热源130的第一端和后置热源140的第一端。

前置热源130的电流、后置热源140的电流、后置热源140的电压、后置热源140的保护气体的流量、等离子气体流量(即前置热源130为等离子束)和该磁场的强度中的每一个随着第一工件110的厚度和第二工件120的厚度中的至少一个的增大而增大。由此不仅可以使前置热源130具有足够的穿透力，而且可以使后置热源140能够填充适量的液体金属。

其中，前置热源130和后置热源140都可以作用在焊缝中心，前置热源130的作用面积可以小于后置热源140的作用面积。由于前置热源130的作用面积较小，因此前置热源130可以产生预设宽度的匙孔，而不会导致背面焊漏的缺陷。优选地，该匙孔的宽度可以是0.5毫米-3毫米。

前置热源130可以是电子束、激光束或等离子束，后置热源140可以是电弧，后置热源140的保护气体可以选自氩气、富氩混合气、二氧化碳气体、氮气和氦气中的至少一种。前置热源130的电流可以是80安培-160安培，后置热源140的电流可以是310安培-400安培，后置热源140的电压可以是18伏特-24伏特，后置热源140的保护气体的流量可以是10升/分钟-25升/分钟。

优选地，前置热源130的电流可以是100安培-140安培，后置热源140的电流可以是345安培-365安培，后置热源140的电压可以是20.5伏特-22伏特，后置热源140的保护气体的流量可以是15升/分钟-20升/分钟。

更加优选地，前置热源130的电流可以是110安培-130安培，后置热源140的电流可以是350安培-360安培，后置热源140的电压可以是21伏特-21.5伏特，后置热源140的保护气体的流量可以是17.5升/分钟。

最优选地，前置热源130的电流可以是120安培，后置热源140的电流可以是355安培，后置热源140的电压可以是21.25伏特。

前置热源130可以是等离子束，前置热源130的等离子气体流量可以是4升/分钟-8升/分钟。优选地，前置热源130的等离子气体流量可以是5.5升/分钟-7.5升/分钟。更加优选地，前置热源130的等离子气体流量可以是6升/分钟-7升/分钟。最优选地，前置热源130的等离子气体流量可以是6.5升/分钟。

第一工件110与第二工件120的间隙(组对距离)可以小于等于2毫米。优选地，第一工件110与第二工件120的间隙可以小于等于1毫米。更加优选地，第一工件110与第二工件120的间隙可以小于等于0.5毫米。最优选地，第一工件110与第二工件120的间隙等于0毫米以便第一工件110与第二工件120接触。

由于前置热源130可以在第一工件110和第二工件120上连续地创建坡口，因此根据本发明实施例的横向焊接方法对第一工件110和第二工件120上的坡口没有要求，即无需在焊接前在第一工件110和第二工件120上加工坡口。由此不仅可以极大地减小第一工件110与第二工件120的间隙，甚至无需在第一工件110和第二工件120之间设置间隙，从而可以降低定位、装夹第一工件110和第二工件120的难度，进而降低了焊接难度，而且可以省掉加工坡口、打底焊的工序，以便提高焊接效率。其中，当第一工件110与第二工件120接触时，第一工件110和第二工件120的定位、装夹难度最低。

虽然根据本发明实施例的横向焊接方法不需要在第一工件110和第二工件120上加工坡口，但是这并不意味着不能在第一工件110和第二工件120上加工坡口。尤其是当第一工件110的厚度和第二工件120的厚度均大于8毫米时，为了使前置热源130更容易地创建匙孔，可以在第一工件110和第二工件120上加工坡口150。

具体地，第一工件110与第二工件120之间可以具有I形坡口、V形坡口、单边V形坡口、Y形坡口或U形坡口。优选地，第一工件110与第二工件120之间可以具有V形坡口、单边V形坡口或Y形坡口，V形坡口、单边V形坡口和Y形坡口中的每一个的坡口角度可以大于0度且小于等于30度。

更加优选地，V形坡口、单边V形坡口和Y形坡口中的每一个的坡口角度可以大于等于10度且小于等于20度、钝边可以小于等于6毫米。最优选地，V形坡口、单边V形坡口和Y形坡口中的每一个的坡口角度可以等于15度、钝边可以小于等于5毫米。

在本发明的一个具体示例中，可以利用等离子切割方式制造第一工件110与第二工件120，第一工件110和第二工件120之间可以具有I形坡口。也就是说，第一工件110和第二工件120之间无需加工坡口。

在现有的横向焊接方法中，由于工件的等离子切割面(待焊接面)的粗糙度较大，因此需要对工件的等离子切割面进行坡口加工。也就是说，现有技术无法在不加工坡口的情况下，对利用等离子切割方式制造的工件进行横向焊接。

而根据本发明实施例的横向焊接方法可以无需加工坡口，直接对利用等离子切割方式制造的工件进行横向焊接，从而可以降低对工件的要求，扩大了工件的选取范围。

通过选取上述参数的取值范围，不仅可以改变熔融金属(液态金属)的粘度和流动特性以便改变熔池的形状，而且可以进一步保证液态金属不会过多的流淌到焊缝背面，也不会带来正面塌陷、背面焊漏等问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (17)

1.一种横向焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

定位待焊的第一工件和第二工件，使待焊面处于横向焊接位置；

提供前置热源和后置热源，使所述第一工件与所述第二工件的待焊面的待焊处形成焊缝，所述前置热源的能量密度大于所述后置热源的能量密度，所述前置热源与所述后置热源的位置关系为：

第一平面为垂直于所述焊缝的平面，第二平面为平行于所述焊缝的竖直面，第三平面为水平面，所述前置热源的中心线、所述后置热源的中心线和焊缝中心线沿着与焊接方向相反的方向在所述第一平面上的投影分别为第一直线、第四直线和第七直线，所述前置热源的中心线和所述后置热源的中心线沿邻近所述第一工件和所述第二工件中的至少一个的方向在所述第二平面上的投影分别为第二直线和第五直线，所述前置热源的中心线和所述后置热源的中心线向下在所述第三平面上的投影分别为第三直线和第六直线，所述第一平面分别与所述第二平面和所述第三平面相交于第八直线和第九直线，其中所述第一直线与所述第四直线之间的第一夹角大于0度且小于等于15度，所述第四直线与所述第七直线的第二夹角大于等于-30度且小于等于30度，所述第二直线与所述第八直线的第三夹角大于0度且小于等于15度，所述第五直线与所述第八直线的第四夹角大于0度且小于等于15度，所述第三直线与所述第九直线的第五夹角大于等于-15度且小于0度，所述第六直线与所述第九直线的第六夹角大于0度且小于等于15度；

所述第一工件的焊接面和所述第二工件的焊接面中的每一个与竖直线的第七夹角大于等于0度且小于等于30度；

所述第一夹角、所述第二夹角、所述第三夹角和所述第四夹角中的每一个随着所述第七夹角的增大而减小，所述第五夹角和所述第六夹角中的每一个随着所述第七夹角的增大而增大。

2.根据权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，所述第三夹角、所述第四夹角、所述第五夹角和所述第六夹角中的每一个随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而减小。

3.根据权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，

焊接速度随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大；

所述前置热源和所述后置热源的中心距离随着所述前置热源的电流和所述后置热源的电流中的至少一个的增大而增大。

4.根据权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，

所述前置热源与所述后置热源之间设有磁场，所述前置热源的电流、所述后置热源的电流、所述后置热源的电压、所述后置热源的保护气体的流量和所述磁场的强度中的每一个随着所述第一工件的厚度和所述第二工件的厚度中的至少一个的增大而增大；

所述前置热源的电流随着所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小，所述后置热源的电流和所述后置热源的电压中的每一个随着所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离的减小而减小。

5.根据权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，所述第一夹角大于等于5度且小于等于10度，所述第二夹角大于等于10度且小于等于20度或者大于等于-20度且小于等于-10度，所述第三夹角和所述第四夹角中的每一个大于等于5度且小于等于10度，所述第五夹角大于等于-10度且小于等于-5度，所述第六夹角大于等于5度且小于等于10度，所述第七夹角大于等于10度且小于等于20度。

6.根据权利要求3或4所述的横向焊接方法，其特征在于，所述前置热源和所述后置热源均作用在焊缝中心，所述前置热源的作用面积小于所述后置热源的作用面积，所述前置热源为电子束、激光束或等离子束，所述后置热源为电弧，所述后置热源的保护气体选自氩气、富氩混合气、二氧化碳气体、氮气和氦气中的至少一种，所述前置热源的电流为80安培-160安培，所述后置热源的电流为310安培-400安培，所述后置热源的电压为18伏特-24伏特，所述后置热源的保护气体的流量为10升/分钟-25升/分钟。

7.根据权利要求3或4所述的横向焊接方法，其特征在于，所述前置热源的电流为120安培，所述后置热源的电流为355安培，所述后置热源的电压为21.25伏特，所述后置热源的保护气体的流量为17.5升/分钟。

8.根据权利要求3或4所述的横向焊接方法，其特征在于，所述前置热源为等离子束，所述前置热源的等离子气体流量为6.5升/分钟。

9.根据权利要求3所述的横向焊接方法，其特征在于，所述焊接速度为600毫米/分钟-1800毫米/分钟。

10.根据权利要求3所述的横向焊接方法，其特征在于，所述焊接速度为1100毫米/分钟-1200毫米/分钟。

11.根据权利要求3所述的横向焊接方法，其特征在于，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为5毫米-10毫米。

12.根据权利要求3所述的横向焊接方法，其特征在于，所述前置热源和所述后置热源的中心距离为7.5毫米。

13.根据权利要求4所述的横向焊接方法，其特征在于，

所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为3毫米-8毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为3毫米-8毫米。

14.根据权利要求4所述的横向焊接方法，其特征在于，所述前置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5.5毫米，所述后置热源与所述第一工件和所述第二工件的垂直距离为5.5毫米。

15.根据权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，所述第一工件与所述第二工件的间隙小于等于2毫米。

16.根据权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，所述第一工件与所述第二工件的间隙等于0毫米以便所述第一工件与所述第二工件接触。

17.根据权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，利用等离子切割方式制造所述第一工件和所述第二工件，所述第一工件和所述第二工件之间具有I形坡口。

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