CN108406059A - 添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种添加辅焊丝的窄间隙熔化极焊接方法及装置，其装置由主焊丝机构、辅焊丝机构、协同控制器、拖动机构等构成；其方法是：从主焊丝机构中斜向送出的主焊丝在窄间隙坡口内引燃焊接电弧，并使该电弧作旋转或摆动或摇动，然后通过辅焊丝机构将辅焊丝送入焊接区域，并使辅焊丝不作运动，或通过协同控制器使辅焊丝作与电弧运动相协同的摆动或摇动，同时该冷态或热态的辅焊丝在焊接电弧热和熔池液态金属热作用下与主焊丝一同熔化，分别向焊接熔池过渡，实现添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接。本发明实施成本低，可显著提高单电弧窄间隙焊接效率、改善窄间隙焊缝成形和接头组织性能，适用于气体保护焊、埋弧焊、药芯焊丝自保护焊等场合。

Description

添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特指一种在窄间隙坡口条件下添加辅焊丝进行熔化极电弧焊接的方法及装置。
背景技术
窄间隙熔化极电弧焊是一种高效焊接方法，按其焊接时保护介质的不同，又可分为窄间隙熔化极气体保护焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝自保护窄间隙电弧焊。为了在窄间隙坡口两侧壁形成足够的熔深，国内外先后开发出了摇动电弧焊接法、高速旋转电弧焊接法、蛇形焊丝焊接法和超窄间隙焊接法等单丝电弧窄间隙焊接法，以及双丝电弧窄间隙焊接法。其中，双丝电弧窄间隙焊接法，虽然焊接效率较高，但是因焊接线能量较大而不适用于高强钢焊接，而且其焊缝成形质量又不如单电弧的好，因此具有明显的局限性；使用摇动电弧或旋转电弧的单丝电弧窄间隙焊接法，因其电弧指向性好、焊缝成形稳定、工程实用性强，并可采用较低线能量进行焊接，而受到特别关注。
中国专利号为ZL200810236274.5、名称为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及装置”的发明专利，采用空心轴电机直接驱动弯曲导电杆绕焊炬中心轴线往复运动，带动从直型导电嘴中心孔送出焊丝端部的电弧在窄间隙焊接坡口内作圆弧形摇动，实现摇动电弧窄间隙焊接；该发明专利通过折弯导电杆为焊丝提供末端弯曲导向，电弧指向性好，电弧摇动控制精度高。中国专利号为ZL200510038527.4、名称为“空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置”的发明专利，采用空心轴电机直接驱动导电杆带动可伸入窄间隙坡口的直型导电嘴运动，使得从该导电嘴偏心孔送出焊丝端部的电弧在窄间隙焊接坡口内作单向旋转，实现旋转电弧窄间隙熔化极焊接；该发明专利通过偏心导电嘴为焊丝提供末端弯曲导向，电弧指向性也比较好，焊缝成形稳定。所述摇动电弧和旋转电弧窄间隙焊接方法及装置的缺点是：①采用所述单丝单电弧工艺，焊接熔敷效率和焊接速度较低；②当电弧运动到坡口侧壁附近时，电弧容易沿坡口壁上爬，导致焊接过程出现不稳定现象；③摇动电弧在坡口两侧壁处停留时，易导致在焊缝底部出现不利的双峰形熔深；④旋转电弧焊接时，旋转频率较低时在焊缝底部易出现指状熔深。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在窄间隙熔化极电弧焊接熔敷效率较低、焊接速度不高、焊缝成形质量欠佳等缺点，提出一种焊接熔敷效率高、焊接速度快、焊缝成形质量好、适用范围宽的窄间隙熔化极电弧焊接方法及装置，通过向旋转或摆动或摇动电弧区域斜向送入冷态或热态的辅焊丝，并可使该辅焊丝作与电弧运动相协同的摆动或摇动，实现单电弧条件下高效高质量的窄间隙熔化极焊接。
为达到上述目的，本发明提出的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法的技术方案是包括如下步骤：
步骤1、在间隙为G的窄间隙坡口内，通过从主焊丝导电杆机构斜向送出的主焊丝引燃焊接电弧，并通过主焊丝运动控制及馈电机构，使焊接电弧围绕主焊丝机构中心线不作运动、或作半径为r1(r1>0)的单向旋转运动、或作摆动幅值为d1(0<d1<G)的往复式直线摆动、或作轨迹弦长为d2(0<d2<G)的往复式圆弧形摇动；
步骤2、通过辅焊丝导向机构向焊接电弧区域送入辅焊丝，并使辅焊丝不作运动，或通过辅焊丝运动控制及馈电机构，使辅焊丝沿窄间隙坡口宽度方向作摆动幅值为d3的往复式直线摆动、或围绕辅焊丝机构中心线作轨迹弦长为d4的往复式圆弧形摇动，同时使该冷态或热态的辅焊丝在焊接电弧热和焊接熔池液态金属热作用下与主焊丝一同熔化，分别向焊接熔池过渡；
步骤3、通过拖动机构使主焊丝和辅焊丝一起以焊接速度(Vw)向前移动，实现所述添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接。
所述焊接方法，还包括：在窄间隙坡口内，当主焊丝产生的焊接电弧作直线摆动或圆弧形摇动时，协同控制器根据主焊丝运动控制及馈电机构提供的焊接电弧摆动或摇动的幅值和位置信息，通过辅焊丝运动控制机构，使辅焊丝导向机构带动辅焊丝作与电弧运动同向和同频率的直线摆动或圆弧形摇动；在窄间隙坡口内，当脉冲直流形式的主焊丝电流If1配用脉冲直流形式的辅焊丝加热电流If2时，协同控制器通过电流传感器实时检测主焊丝电流If1的脉冲相位信号，然后通过该相位信号控制辅焊丝加热电源中的电子开关，使辅焊丝加热电流If2的脉冲相位与主焊丝电流If1的脉冲相位刚好相反；所述主焊丝电流If1与辅焊丝加热电流If2的配用方式还包括：普通直流形式或脉冲直流形式的主焊丝电流If1配用交流形式的辅焊丝加热电流If2，或交流形式的主焊丝电流If1配用直流形式的辅焊丝加热电流If2，同时使所述辅焊丝加热电流If2小于主焊丝电流If1。
所述焊接方法，在步骤2中还包括：当辅焊丝运动控制机构带动辅焊丝围绕辅焊丝机构中心线作轨迹弦长为d4的往复式圆弧形摇动时，通过主焊丝运动控制及馈电机构中的主焊丝馈电盘的伸出轴，并经过机械传动副，驱动辅焊丝馈电盘和与之下伸出轴相连接的辅焊丝导向机构，带动辅焊丝作与电弧直线摆动或电弧圆弧形摇动相协同的圆弧形摇动，此时可通过与辅焊丝馈电盘的法兰台面保持滑动接触的辅焊丝馈电碳刷，引入辅焊丝加热电流If2；或当辅焊丝运动控制机构带动辅焊丝围绕辅焊丝机构中心线作轨迹弦长为d4的往复式圆弧形摇动时，通过主焊丝运动控制及馈电机构中的主焊丝馈电盘的伸出轴，并经过机械传动副，驱动辅焊丝馈电杆和与之下端相连接的辅焊丝导向机构，带动辅焊丝作与电弧直线摆动或电弧圆弧形摇动相协同的圆弧形摇动，此时可通过直接将辅焊丝馈电电缆与辅焊丝馈电杆相连接，引入辅焊丝的辅助加热电流If2。
所述焊接方法，还包括：优选辅焊丝作所述摆动或摇动的工作方式；所述辅焊丝作直线摆动或圆弧形摇动时，其直线摆动幅值为d3或圆弧形摇动轨迹弦长为d4，均不大于焊接电弧的旋转直径，即d3≤2r1、d4≤2r1，或不大于焊接电弧的直线摆动幅值d1或圆弧形摇动轨迹弦长d2，即d3≤d1、d3≤d2、d4≤d1、d4≤d2；单位时间内辅焊丝的熔化量优选不超过主焊丝熔化量的三分之二；平位置焊接时辅焊丝优选从焊接电弧后方的送入方式；当焊接电弧工作于摆动或摇动方式时，主焊丝优选弯向辅焊丝所在的一侧。
为达到上述目的，本发明提出的另一种技术方案如下：
一种添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接装置，包括由主焊丝导电杆机构、主焊丝运动控制及馈电机构和主焊丝送丝机构成的主焊丝机构，由辅焊丝导向机构、辅焊丝运动控制及馈电机构和辅焊丝送丝机构成的辅焊丝机构，以及协同控制器；其中所述辅焊丝机构与主焊丝机构分别连接所述协同控制器、且配合使用，所述主焊丝机构中的主焊丝导电杆机构与主焊丝运动控制及馈电机构相连接，送丝机送出的主焊丝穿过主焊丝运动控制及馈电机构后从主焊丝导电杆机构斜向伸出至待焊坡口内部；所述辅焊丝机构中的辅焊丝导向机构与辅焊丝运动控制及馈电机构相连接，辅焊丝穿过辅焊丝运动控制及馈电机构后从辅焊丝导向机构端部的中心孔伸出后，在待焊坡口内插入由主焊丝机构产生的焊接电弧及其加热形成的焊接熔池中；所述协同控制器包括辅焊丝的运动协同控制模块和辅焊丝的脉冲加热电流相位协同控制模块，其中运动协同控制模块在摆动或摇动电弧焊接时协调控制辅焊丝与焊接电弧之间的相对位置关系，脉冲加热电流相位协同控制模块在脉冲电流焊接时协调控制脉冲形式的辅焊丝加热电流If2与脉冲形式的主焊丝电流If1之间的相位关系。
所述焊接装置，还包括：所述辅焊丝的运动协同控制模块为电子式或机械式：当为电子式时，则其一端PA与主焊丝运动控制及馈电机构中的电机控制器相接、另一端PW与辅焊丝运动控制及馈电机构中的电机控制器相接，此时电弧摆动或摇动幅值和位置信号从其输入端PA输入，经信号变换器转换成辅焊丝运动幅值和位置控制信号后，从其输出端PW输出；当为机械式时，则其一端PA与主焊丝运动控制及馈电机构中的主焊丝馈电盘的伸出轴相连，另一端PW与辅焊丝运动控制及馈电机构中的辅焊丝馈电盘的下伸出轴相连、或与辅焊丝馈电杆相连，此时其模块中的机械传动机构为机械传动副。
所述焊接装置，还包括：所述辅焊丝的脉冲加热电流相位协同控制模块，包括检测主焊丝电流If1脉冲相位的电流传感器和对电流传感器输出进行预处理的脉冲电信号整形器；其中所述电流传感器串接在主焊丝电流If1回路中或穿过焊接电缆，所述脉冲电信号整形器的一端与所述电流传感器的输出端相接、另一端PC与辅焊丝加热电源中控制电流脉冲输出的电子开关相接。
所述焊接装置，还包括：所述主焊丝导电杆机构由直型导电杆和与之相接的偏心导电嘴组成、此时主焊丝从偏心导电嘴端部的偏心孔斜向送出，或由弯曲导电杆和与之相接的直型导电嘴组成、此时主焊丝从直型导电嘴端部的中心孔送出，或由直型导电杆和与之斜向相接的直型导电嘴组成、此时主焊丝从直型导电嘴端部的中心孔送出；与所述主焊丝导电杆机构配用的辅焊丝导向机构，为单件一体式弯曲导丝杆或单件一体式直型导丝杆，或由弯曲导向杆和与之相连的直型导丝嘴组成，或由直型导向杆和与之斜向相接的直型导丝嘴组成。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
1)在相同焊接线能量下，向焊接电弧区域添加辅焊丝时，能明显增加焊缝金属填充量、显著提高焊接速度，实现单电弧下高速和高熔敷效率的窄间隙熔化极焊接。
2)添加辅焊丝能够吸收部分的电弧热和液态金属热，可减小摆动或摇动电弧焊缝底部的双峰形熔深，可避免在较低速旋转电弧焊缝底部出现过大熔深，同时可减少母材热输入，改善焊缝成形和接头组织性能。
3)根据主焊丝的摆动或摇动幅值和位置信息，通过协同控制器使辅焊丝作与焊接电弧同向和同频率的摆动或摇动，可改善电弧对辅焊丝的加热效果，提高焊接熔敷效率，同时可改善坡口底部的焊缝成形。
4)采用辅焊丝从焊接电弧后方送入的工作方式，能显著减少电弧前方的液态金属堆积，使焊接电弧能够更直接地加热待焊母材，以便形成足够的焊缝底部熔深。
5)辅焊丝端部在电弧高温作用下熔化、并出现阴极或阳极斑点，会对焊接电弧产生粘吸作用，可阻碍电弧沿坡口壁的上爬，从而提高了窄间隙焊接过程的稳定性。
6)通过采用合适的焊接保护方式和工艺参数，能方便地实现添加辅焊丝的窄间隙熔化极气体保护焊、窄间隙埋弧焊和药芯焊丝自保护焊，并可在空间位置条件下施焊，可适应不同母材和不同工位的焊接应用需要，因此适用范围广。
7)根据脉冲焊接电流相位的实时信息，通过协同控制器，使辅焊丝加热电源输出与焊接电流脉冲相位刚好相反的辅焊丝加热电流脉冲，实现对辅焊丝脉冲加热电流相位的协同控制，能明显减低辅焊丝直流加热电流对直流焊接电弧的磁偏吹影响，可显著提高添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不限于下述实施例，凡采用等同替换或等效变换形式获得的技术方案，均在本发明保护范围之内。
图1为添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法及装置原理图。
图2为电弧旋转半径、电弧摆动幅值和电弧摇动幅值示意图。其中，图2(a)为电弧旋转半径r1的示意图，图2(b)为电弧直线摆动幅值d1的示意图，图2(c)为电弧圆弧形摇动幅值d2的示意图。
图3为辅焊丝直线摆动幅值和圆弧形摇动幅值示意图。其中，图3(a)为辅焊丝直线摆动幅值d3的示意图(从焊接前方看)，图3(b)为辅焊丝圆弧形摇动幅值d4的示意图。
图4为主焊丝导电杆机构4的构成形式示意图。其中，图4(a)为由直型导电杆19和与之相接的偏心导电嘴18组成的主焊丝导电杆机构4，图4(b)为由弯曲导电杆21和与之相接的直型导电嘴20组成的主焊丝导电杆机构4，图4(c)为由直型导电杆23和与之斜向相接的直型导电嘴22组成的主焊丝导电杆机构4。
图5为辅焊丝导向机构10的几种构成形式示意图。其中，图5(a)为单件一体式直型导丝杆10a的示意图，图5(b)为由弯曲导向杆10b和与之相接的直型导丝嘴10c组成的辅焊丝导向机构10的示意图，图5(c)为由直型导丝杆10d和与之斜向相接的直型导丝嘴10e组成辅焊丝导向机构10的示意图。
图6为主焊丝运动控制及馈电机构5的构成原理图。其中，图6(a)为空心轴电机直接驱动的主焊丝运动控制机构及碳刷馈电机构原理图，图6(b)为普通电机驱动的主焊丝运动控制机构及碳刷馈电机构原理图。
图7为辅焊丝运动控制及馈电机构12的几种构成形式示意图。其中，图7(a)为丝杠螺母式辅焊丝摆动机构原理图，图7(b)为空心轴电机驱动的辅焊丝运动控制机构及碳刷馈电机构原理图，图7(c)为普通电机驱动的辅焊丝运动控制机构及碳刷馈电机构原理图，图7(d)为通过传动副41驱动的辅焊丝运动控制机构及碳刷馈电机构原理图，图7(e)为通过传动副41驱动的辅焊丝运动控制机构及辅焊丝导电杆直接馈电机构原理图。
图8为协同控制器8的构成原理框图。
图9为脉冲式辅焊丝加热电流If2与脉冲式主焊丝电流If1之间的相位关系图。其中，图9(a)为主焊丝电流If1的脉冲波形示意图，图9(b)为与主焊丝电流If1相协同的辅焊丝加热电流If2的脉冲波形示意图。
图1中：1—焊接电弧；2—电弧摆动或摇动；3—电弧旋转运动；4—主焊丝导电杆机构；5—主焊丝运动控制及馈电机构；6—主焊丝；7—主焊丝送丝机；8—协同控制器；9—焊缝；10—辅焊丝导向机构；11—辅焊丝运动轨迹；12—辅焊丝运动控制及馈电机构；13—辅焊丝送丝机；14—辅焊丝；15—主焊丝机构中心线；16—辅焊丝机构中心线；17—窄间隙坡口；17a—窄间隙坡口17的左侧墙(从焊接前方看，以下同)；17b—窄间隙坡口17的右侧墙；G—窄间隙坡口17的间隙；α—主焊丝6与主焊丝机构中心线15之间的夹角；β—辅焊丝与辅焊丝机构中心线16之间的夹角。
图2中：2a—电弧直线摆动；2b—电弧圆弧形摇动；d1—电弧直线摆动幅值；d2—电弧圆弧形摇动轨迹弦长，即电弧圆弧形摇动幅值；h1—旋转电弧焊前主焊丝导电杆机构4至待焊坡口17底部表面的距离，即为旋转电弧焊接时的焊炬高度；h2—摇动电弧焊前主焊丝导电杆机构4至待焊坡口17底部表面的距离，即为摇动电弧焊接时的焊炬高度；L1—旋转电弧焊接时主焊丝6在主焊丝导电杆机构4内的弯曲长度；L2—摇动电弧焊接时主焊丝6在主焊丝导电杆机构4内的弯曲长度；r1—电弧旋转半径；r2—电弧圆弧形摇动半径；α1—电弧旋转时主焊丝与主焊丝机构中心线15之间的夹角；α2—电弧直线摆动时主焊丝与主焊丝机构中心线15之间的夹角；α3—电弧圆弧形摇动时主焊丝与主焊丝机构中心线15之间的夹角；θ1—电弧摇动半角。
图3中：11a—辅焊丝直线摆动；11b—辅焊丝圆弧形摇动；d3—辅焊丝直线摆动幅值；d4—辅焊丝圆弧形摇动轨迹弦长，即辅焊丝圆弧形摇动幅值；h3—焊前辅焊丝导向机构10至待焊坡口17底部表面的距离；L3—辅焊丝摇动时辅焊丝14在其导向机构10内的弯曲长度；r3—辅焊丝圆弧形摇动半径；θ2—辅焊丝摇动半角。
图4中：18—偏心导电嘴；19—直型导电杆；20—直型导电嘴；21—弯曲导电杆；22—直型导电嘴；23—直型导电杆。
图5中：10a—直型导丝杆；10b—弯曲导向杆；10c和10e—直型导丝嘴；10d—直型导向杆。
图6中：24—主焊丝馈电盘；25—主焊丝馈电炭刷；26—联轴器；27—空心轴电机；28—电机控制器；29—普通电机；30—机械传动副；If1—焊接电弧电流，即主焊丝电流。
图7中：31—普通电机；32—电机控制器；33—丝杠螺母传动副；34—辅焊丝馈电盘；35—辅焊丝馈电碳刷；36—联轴器；37—空心轴电机；38—电机控制器；39—普通电机；40和41—机械传动副；42—辅焊丝馈电杆；If2—辅焊丝加热电流。
图8中：43—辅焊丝的运动协同控制模块；44—辅焊丝的脉冲加热电流相位协同控制模块；45—机械传动机构；46—信号变换器；47—电流传感器；48—脉冲电信号整形器；PA—电弧摆动或摇动幅值和位置信号输入端；PW—辅焊丝运动幅值和位置控制信号输出端；PC—脉冲相位控制信号输出端；Sw—功能选择开关。
图9中：Ib1—脉冲式主焊丝电流If1的基值电流；Ip1—脉冲式主焊丝电流If1的峰值电流；Ip2—脉冲式辅焊丝加热电流If2的峰值电流。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明的一种添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法及装置原理，其装置包括：由主焊丝导电杆机构4、主焊丝运动控制及馈电机构5和主焊丝送丝机7构成的主焊丝机构，由辅焊丝导向机构10、辅焊丝运动控制及馈电机构12和辅焊丝送丝机13构成的辅焊丝机构，协同控制器8，以及主焊丝机构和辅焊丝机构的共同拖动机构。
其中，所述主焊丝导电杆机构4的一端与主焊丝运动控制及馈电机构5相连、另一端可伸入待焊的I形或U形窄间隙坡口17中，主焊丝送丝机7送出的主焊丝6，穿过主焊丝运动控制及馈电机构5后，以角度α从主焊丝导电杆机构4中斜向送出后，在待焊窄间隙坡口17中产生焊接电弧1，并通过主焊丝运动控制及馈电机构5中的运动控制机构驱动主焊丝导电杆机构4带动主焊丝6运动，使焊接电弧1围绕主焊丝机构中心线15不作运动、或作单向的电弧旋转运动3、或作往复对称式电弧摆动或摇动2。辅焊丝导向机构10与辅焊丝运动控制及馈电机构12相接，从辅焊丝送丝机13送出的辅焊丝14，穿过辅焊丝运动控制及馈电机构12后从辅焊丝导向机构10端部的中心孔伸出后，以角度β斜向插入焊接电弧1和焊接熔池中，使该冷态或热态的辅焊丝14在焊接电弧热和熔池液态金属热作用下与主焊丝6一同熔化向焊接熔池过渡，同时拖动主焊丝机构和辅焊丝机构带动主焊丝6和辅焊丝14一起以焊接速度Vw向前移动，从而实现所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接，形成焊缝9。其中，所述的冷态或热态辅焊丝14可分别称为冷辅丝或热辅丝，其中冷辅丝为直接送入焊接电弧1和熔池区域中的辅焊丝14，而热辅丝是指通过辅焊丝加热电源加热后送入焊接电弧1和熔池区域中的辅焊丝14。
焊接过程中，使主焊丝机构中心线15和辅焊丝机构中心线16与焊接速度Vw方向垂直，并使其同处于沿窄间隙坡口17长度方向的中心平面内，以使焊接电弧1的旋转中心O1或摆动中点或摇动中点O2处于窄间隙坡口17的中心线O3O4(见图2)上，并同时使辅焊丝14的摆动中心或摇动中心O5处于窄间隙坡口17的中心线O3O4(见图3)上；协同控制器8的一端与主焊丝运动控制及馈电机构5相连、另一端与辅焊丝运动控制及馈电机构12相接，内部包括辅焊丝14的运动协同控制模块43和辅焊丝14的脉冲加热电流相位协同控制模块44，其中所述辅焊丝的运动协同控制模块43在摆动或摇动电弧焊接时协调控制辅焊丝14与焊接电弧1之间的相对位置关系，所述辅焊丝的脉冲加热电流相位协同控制模块44在脉冲电流焊接时协调控制脉冲形式的辅焊丝加热电流If2与脉冲形式的主焊丝电流If1之间的相位关系。
当主焊丝运动控制及馈电机构5通过主焊丝导电杆机构4带动主焊丝6端部的焊接电弧1不作运动的同时，向焊接电弧区域送入冷态或热态的辅焊丝14，即实现了添加辅焊丝的超窄间隙熔化极焊接；当主焊丝运动控制及馈电机构5通过主焊丝导电杆机构4带动主焊丝6端部的焊接电弧1作单向的电弧旋转运动3的同时，向焊接电弧区域送入冷态或热态的辅焊丝14，即实现了添加辅焊丝的旋转电弧窄间隙熔化极焊接；当主焊丝运动控制及馈电机构5通过主焊丝导电杆机构4带动主焊丝6端部的焊接电弧1作电弧摆动或摇动2的同时，向焊接电弧区域送入冷态或热态的辅焊丝14，即实现了添加辅焊丝的摆动或摇动电弧窄间隙熔化极焊接。其中，添加辅焊丝的旋转电弧窄间隙熔化极焊接，可在平位置或空间位置施焊，优选在平位置施焊；添加辅焊丝的摆动或摇动电弧窄间隙熔化极焊接，可在平位置或空间位置施焊，以适应不同工位的焊接应用需要。
所述向焊接电弧区域添加辅焊丝的焊接方法，一方面，在相同焊接线能量下，能显著增加焊缝金属填充量，提高焊接速度；一方面，通过辅焊丝吸收部分的电弧热和液态金属热，并配合辅焊丝14的摇动，可明显减小摆动或摇动电弧焊缝底部的双峰形熔深，还可避免在低速旋转电弧焊缝底部出现过大熔深，同时可减少母材热输入，改善焊缝成形和接头组织性能；另一方面，通过辅焊丝端部阴极或阳极斑点对焊接电弧产生的粘吸作用，阻碍电弧运动至坡口侧壁附近时沿坡口壁的上爬现象，可提高窄间隙焊接过程的稳定性。从而，实现单电弧下高效和高质量的窄间隙熔化极焊接。
在所述添加辅焊丝的窄间隙熔化极焊接时，主焊丝6和辅焊丝14使用实心或药芯焊丝，辅焊丝14可以采用冷态焊丝、也可以采用经过辅焊丝加热电源加热的热态焊丝，焊接保护介质采用气体、熔渣、或渣气联合保护；并且通过控制辅焊丝14的送丝速度或调节辅焊丝14的加热电流或选用不同直径的辅焊丝14，优选使单位时间内辅焊丝14的熔化量不超过主焊丝6熔化量的三分之二，以便不影响形成足够的焊缝熔深。另外，当采用惰性气体或采用惰性与活性气体的混合气体来保护焊接电弧区域时，可实现添加辅焊丝的窄间隙熔化极气体保护焊，此时所属焊接装置中还包括可伸入坡口间隙的气体保护机构；当通过使用焊剂形成熔渣来保护焊接电弧区域时，可实现添加辅焊丝的窄间隙埋弧焊，此时所属焊接装置中还包括焊剂布放和(或)回收机构；当主焊丝6和辅焊丝14均采用自保护药芯焊丝时，可实现添加辅焊丝的窄间隙药芯焊丝自保护焊，此时所属焊接装置中无需附加对焊接电弧区域进行保护的附加机构。
辅焊丝14可以从如图1所示的焊接电弧1的前方(即焊接速度Vw方向)送入电弧区域，也可以从焊接电弧1的后方送入电弧区域，在平位置焊时优选从焊接电弧后方的送入方式；当辅焊丝14从焊接电弧1的后方送入时，能显著减少电弧前方的液态金属堆积，使焊接电弧能够更直接地加热待焊母材，以便形成足够的坡口底部熔深。辅焊丝14可不作运动、或作直线摆动或圆弧形摇动，优选辅焊丝14作所述摆动或摇动的工作方式；通过使辅焊丝14摆动或摇动，可改善焊接电弧1对辅焊丝14的加热效果，提高焊接熔敷效率，同时改善焊缝成形。当辅焊丝14不作运动时，所属辅焊丝机构中可不包括辅焊丝运动控制机构；当辅焊丝14作所述摆动或摇动时，辅焊丝运动控制及馈电机构12中的运动控制机构驱动辅焊丝导向机构10带动辅焊丝14运动，使辅焊丝14沿窄间隙坡口17宽度方向、围绕辅焊丝机构中心线16作如图3所示的往复对称式辅焊丝直线摆动11a或辅焊丝圆弧形摇动11b。
为了提高焊接熔敷效率，同时改善焊缝成形，可以采用普通直流、脉冲直流或交流电流If2加热辅焊丝14，并使该加热电流If2小于流过主焊丝电流If1；该辅焊丝加热电流If2与主焊丝电流If1的配用方式为：普通直流或脉冲直流形式的主焊丝电流If1配用交流形式的辅焊丝加热电流If2，或交流形式的主焊丝电流If1配用直流形式的辅焊丝加热电流If2，或脉冲直流形式的主焊丝电流If1配用与If1脉冲相位刚好相反的脉冲直流形式的辅焊丝加热电流If2。当脉冲直流形式的主焊丝电流If1配用脉冲直流形式的辅焊丝加热电流If2时，协同控制器8通过电流传感器47实时检测主焊丝电流If1的脉冲相位信号，然后通过该相位信号控制辅焊丝加热电源中的电子开关，使辅焊丝加热电流If2的脉冲相位与主焊丝电流If1的脉冲相位刚好相反，以降低辅焊丝直流加热电流对直流焊接电弧的磁偏吹影响，提高添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接过程稳定性和焊接质量。
在摆动电弧或摇动电弧焊接时，主焊丝6可以弯向焊接前方(即弯向焊接速度Vw方向)，也可以弯向焊接方向的后方，优选使主焊丝6弯向辅焊丝14所在的一侧，即当辅焊丝14从焊接电弧1的前方送入焊接区域时，优选使主焊丝6弯向焊接方向的前方，当辅焊丝14从焊接电弧1的后方送入焊接区域时，优选使主焊丝6弯向焊接方向的后方；在摆动电弧焊接时，主焊丝6与主焊丝机构中心线15的夹角α2还可以为零，即使主焊丝6垂直于待焊坡口17的底表面。此时，主焊丝运动控制及馈电机构5与辅焊丝运动控制及馈电机构12之间通过协同控制器8相联系，并且协同控制器8根据主焊丝运动控制及馈电机构5中的主焊丝运动控制机构所提供的焊接电弧1的摆动或摇动幅值和位置信息，通过辅焊丝运动控制及馈电机构12中的辅焊丝运动控制机构，使辅焊丝导向机构10带动辅焊丝14作与电弧运动同向和同频率的辅焊丝直线摆动11a或辅焊丝圆弧形摇动11b，从而实现辅焊丝摆动或摇动的摆动电弧或摇动电弧窄间隙焊接。
焊接电弧1的旋转半径、摆动幅值和摇动幅值的确定方法：如图2(a)所示，当焊接电弧1围绕主焊丝机构中心线15作相对于焊炬的单向电弧旋转运动3时，电弧旋转中心O1位于窄间隙坡口17的中心线上，旋转方向为图2(a)所示的逆时针方向、或为与图2(a)所示方向相反的顺时针方向，其旋转半径r1＝(L1·sinα1+h1·tanα1)，其中α1为旋转电弧焊接时主焊丝6与主焊丝机构中心线15之间的夹角，L1为主焊丝6在主焊丝导电杆机构4内的弯曲长度，h1为旋转电弧焊接时的焊炬高度；如图2(b)所示，当焊接电弧1沿窄间隙坡口17的宽度方向作往复对称式电弧直线摆动2a时，电弧摆动中点位于由坡口左侧壁17a和右侧壁17b形成的窄间隙坡口17的中心线上，主焊丝6的直线移动距离d1即为此时焊接电弧1的摆动幅值，此时主焊丝6与主焊丝机构中心线15之间夹角为α2；如图2(c)所示，当焊接电弧1围绕主焊丝机构中心线15作相对于焊炬的往复对称式电弧圆弧形摇动2b时，电弧摇动中点O2位于窄间隙坡口17的中心线O3O4上，其电弧摇动半径r2＝(L2·sinα3+h2·tanα3)，其中α3为摇动电弧焊接时主焊丝6与主焊丝机构中心线15之间的夹角、L2为主焊丝6在主焊丝导电杆机构4内的弯曲长度、h2为摇动电弧焊接时的焊炬高度，此时电弧摇动幅值可用圆弧形摇动轨迹的弦长d2来表示：d2＝2r2·sinθ1，其中θ1为电弧摇动角度的一半、即为电弧摇动半角。
辅焊丝14的摆动幅值和摇动幅值的确定方法：如图3(a)所示，当辅焊丝14沿坡口17宽度方向相对于辅焊丝机构作往复对称式辅焊丝直线摆动11a时，辅焊丝14的摆动中点位于由坡口左侧壁17a和右侧壁17b形成的窄间隙坡口17的中心线上，辅焊丝14的直线移动距离d3即为此时辅焊丝14的摆动幅值；如图3(b)所示，当辅焊丝14围绕辅焊丝机构中心线16作往复对称式辅焊丝圆弧形摇动11b时，辅焊丝14的摇动中点O5位于窄间隙坡口17的中心线O3O4上，辅焊丝摇动半径r3＝(L3·sinβ+h3·tanβ)，其中β为辅焊丝14与辅焊丝机构中心线16之间的夹角、L3为辅焊丝14在辅焊丝导向机构10内的弯曲长度(也是辅焊丝导向机构10的弯曲长度)、h3为焊前辅焊丝导向机构10至待焊坡口底部表面的距离，此时辅焊丝摇动幅值可用辅焊丝圆弧形摇动轨迹的弦长d4来表示：d4＝2r3·sinθ2，其中θ2为辅焊丝摇动角度的一半。为了不影响窄间隙坡口17的侧壁熔深，辅焊丝14作所述摆动或摇动时，其直线摆动幅值d3或圆弧形摇动幅值d4不大于焊接电弧1的旋转直径(即d3≤2r1，d4≤2r1)，或不大于焊接电弧1的直线摆动幅值d1或圆弧形摇动幅值d2(即d3≤d1或d2，d4≤d1或d2)。
本发明的一种添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法是包括如下步骤：
①在间隙为G的窄间隙坡口17内，通过从主焊丝导电杆机构4斜向送出的主焊丝6引燃焊接电弧1，并通过主焊丝运动控制及馈电机构5，使焊接电弧1围绕主焊丝机构中心线15不作运动、或作半径为r1(r1>0)的单向的电弧旋转运动3、或作摆动幅值为d1(0<d1＜G)的往复式电弧直线摆动2a、或作轨迹弦长为d2(0<d2＜G)的往复式电弧圆弧形摇动2b；
②通过辅焊丝导向机构10向焊接电弧1区域送入辅焊丝14，并使辅焊丝14不作运动，或通过辅焊丝运动控制机构，使辅焊丝14沿窄间隙坡口17宽度方向作摆动幅值为d3(d3≤2r1、或d3≤d1、或d3≤d2)的往复式辅焊丝直线摆动11a、或围绕辅焊丝机构中心线16作轨迹弦长为d4(d4≤2r1、或d4≤d1、或d4≤d2)的往复式辅焊丝圆弧形摇动11b，同时使该冷态或热态的辅焊丝14在焊接电弧热和焊接熔池液态金属热作用下与主焊丝6一同熔化，向焊接熔池过渡；
③通过拖动机构使主焊丝6和辅焊丝14一起以焊接速度Vw向前移动，实现所述添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接；焊接过程中，使主焊丝机构中心线15和辅焊丝机构中心线16与焊接速度Vw方向垂直，并使其同处于沿窄间隙坡口17长度方向的中心平面内。
此外，在窄间隙坡口17内，实施本发明所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法时：当主焊丝6产生的焊接电弧1作电弧直线摆动2a或电弧圆弧形摇动2b时，协同控制器8根据主焊丝运动控制及馈电机构5提供的焊接电弧1摆动或摇动的幅值和位置信息，通过辅焊丝运动控制机构，使辅焊丝导向机构10带动辅焊丝14作与电弧运动同向和同频率的辅焊丝直线摆动11a或辅焊丝圆弧形摇动11b；当脉冲直流形式的主焊丝电流If1配用脉冲直流形式的辅焊丝加热电流If2时，协同控制器8通过电流传感器47实时检测主焊丝电流If1的脉冲相位信号，然后通过该相位信号控制辅焊丝加热电源中的电子开关，使辅焊丝加热电流If2的脉冲相位与主焊丝电流If1的脉冲相位刚好相反。
实施例
以下给出主焊丝导电杆机构4、辅焊丝导向机构10、主焊丝运动控制及馈电机构5、辅焊丝运动控制及馈电机构12、协同控制器8的实施例：
主焊丝导电杆机构4的三种实施方式：第一种方式，如图4(a)所示，主焊丝导电杆机构4由直型导电杆19和与之相接的偏心导电嘴18组成，此时主焊丝6从偏心导电嘴18端部的偏心孔斜向送出，该偏心导电嘴18需要特制；第二种方式，如图4(b)所示，主焊丝导电杆机构4由弯曲导电杆21和与之相接的直型导电嘴20组成，此时主焊丝6从直型导电嘴20端部的中心孔送出，该直型导电嘴20可采用普通焊接导电嘴；第三种方式，如图4(c)所示，主焊丝导电杆机构4由直型导电杆23和与之斜向相接的直型导电嘴22组成，此时主焊丝6从直型导电嘴22端部的中心孔送出。其中，旋转电弧焊接时优选第一种形式，摇动电弧焊接时优选第二种形式。
与所述主焊丝导电杆机构4配合使用的辅焊丝导向机构10的四种实施方式：第一种方式，如图1所示，辅焊丝导向机构10为单件一体式弯曲导丝杆，由单件弯曲而成；第二种方式，如图5(a)所示，辅焊丝导向机构10为单件一体式直型导丝杆10a，由单件直杆加工而成；第三种方式，如图5(b)所示，辅焊丝导向机构10由弯曲导向杆10b和与之相连的直型导丝嘴10c组成，此时直型导丝嘴10c可采用普通焊接导电嘴；第四种方式，如图5(c)所示，辅焊丝导向机构10由直型导向杆10d和与之斜向相接的直型导丝嘴10e组成。在辅焊丝导向机构10的以上四种实施方式中，第二种方式仅适用于辅焊丝14作直线摆动或不摆动场合，其余三种方式为通用型式、适用于辅焊丝14的各种运动形式。
与所述主焊丝导电杆机构4配合使用的主焊丝运动控制及馈电机构5的三种实施方式：第一种实施方式，适用于旋转电弧或摇动电弧焊接场合。如图6(a)所示，焊接电缆与主焊丝馈电碳刷25相连、主焊丝馈电碳刷25活动性地穿过主焊丝馈电盘24的上伸出轴后，在压紧弹簧作用下与主焊丝馈电盘24的法兰台面保持滑动接触，以使在焊接电缆无缠绕情况下将主焊丝电流If1引入焊接回路；空心轴电机27通过联轴器26与主焊丝馈电盘24的上伸出轴相接，主焊丝馈电盘24的下伸出轴与主焊丝导电杆机构4相连，主焊丝6穿过电机27的空心轴、主焊丝馈电盘24伸出轴的中心孔后送入主焊丝导电杆机构4；电机控制器28驱动空心轴电机27，通过主焊丝馈电盘24和与之下伸出轴相接的主焊丝导电杆机构4，带动从主焊丝导电杆机构4中斜向送出的主焊丝6端部的焊接电弧1作单向的电弧旋转运动3或往复式电弧圆弧形摇动2b。
主焊丝运动控制及馈电机构5的第二种实施方式，如图6(b)所示，同样适用于旋转电弧或摇动电弧焊接场合，与第一种实施方式不同的是，在该第二种实施方式中，普通电机29通过机械传动副30与主焊丝馈电盘24的上伸出轴相接，实现焊接电弧1的电弧旋转运动3或电弧圆弧形摇动2b。主焊丝运动控制及馈电机构5的第三种实施方式，适用于直线摆动电弧焊接场合，采用丝杠螺母式机构(类似于图7(a)所示机构)，此时焊接电缆直接与主焊丝导电杆机构4相连、将主焊丝电流If1引入焊接回路，电机通过丝杆螺母传动副驱动与螺母固连的主焊丝导电杆机构4，带动主焊丝6和焊接电弧1沿窄间隙坡口17宽度方向作往复式电弧直线摆动2a。摇动电弧焊接时，优选第一种实施形式。
与所述辅焊丝导向机构10配合使用的辅焊丝运动控制及馈电机构12的五种实施方式：第一种实施方式，适用于辅焊丝14作辅焊丝直线摆动11a的应用场合。如图7(a)所示，辅焊丝运动控制及馈电机构12由普通电机31、电机控制器32、丝杠螺母传动副33构成，其中丝杠螺母传动副33中的螺母与辅焊丝导向机构10固连，辅焊丝加热电源的电缆与辅焊丝导向机构10相接、将辅焊丝加热电流If2引入辅焊丝加热回路。工作时，电机31通过丝杆螺母传动副33驱动辅焊丝导向机构10，带动辅焊丝14沿窄间隙坡口17宽度方向作往复式辅焊丝直线摆动11a。
辅焊丝运动控制及馈电机构12的第二种实施方式，适用于辅焊丝14作辅焊丝圆弧形摇动11b的应用场合。如图7(b)所示，辅焊丝馈电电缆与辅焊丝馈电碳刷35相连，辅焊丝馈电碳刷35活动性地穿过辅焊丝馈电盘34的上伸出轴后，在压紧弹簧作用下与辅焊丝馈电盘34的法兰台面保持滑动接触，实现在电缆无缠绕情况下将辅焊丝加热电流If2引入辅焊丝加热回路；空心轴电机37通过联轴器36与辅焊丝馈电盘34的上伸出轴相接，辅焊丝14经过电机37的空心轴、辅焊丝馈电盘34伸出轴的中心孔后送入辅焊丝导向机构10；电机控制器38控制空心轴电机37，驱动辅焊丝馈电盘34和与之下伸出轴相接的辅焊丝导向机构10，带动从辅焊丝导向机构10中斜向送出的辅焊丝14作辅焊丝直线摆动11a或辅焊丝圆弧形摇动11b。
辅焊丝运动控制及馈电机构12的第三种实施方式，适用于辅焊丝14作辅焊丝圆弧形摇动11b的应用场合，如图7(c)所示，与第二种实施方式不同的是，在该第三种实施方式中，普通电机39通过机械传动副40与辅焊丝馈电盘34的上伸出轴相连，再通过与辅焊丝馈电盘34的下伸出轴相接的辅焊丝导向机构10，带动辅焊丝14作辅焊丝圆弧形摇动11b。辅焊丝运动控制及馈电机构12的第四种实施方式，适用于辅焊丝14作辅焊丝圆弧形摇动11b的应用场合，如图7(d)所示，与第三种实施方式不同的是，在该第四种实施方式中，没用直接使用电机及其驱动器，而是将辅焊丝馈电盘34的伸出轴通过机械传动副41与主焊丝馈电盘24的伸出轴相连，实现通过主焊丝运动控制及馈电机构5中的运动控制机构，并通过与辅焊丝馈电盘34的下伸出轴相接的辅焊丝导向机构10，带动辅焊丝14作所述辅焊丝圆弧形摇动11b。辅焊丝运动控制及馈电机构12的第五种实施方式，适用于辅焊丝14作辅焊丝圆弧形摇动11b的应用场合，如图7(e)所示，与第四种实施方式不同的是，在该第五种实施方式中，不再使用辅焊丝馈电碳刷机构，而是在需要对辅焊丝14进行通电加热时，直接将辅焊丝馈电电缆与辅焊丝馈电杆42相连接，从而将辅焊丝加热电流If2引入辅焊丝加热回路。
在所述辅焊丝运动控制及馈电机构12的五种实施方式中：第一种实施方式，仅适用于辅焊丝14作辅焊丝直线摆动11a的应用场合，对焊接电弧1的运动形式没有要求；在其余四种实施方式中，辅焊丝14均作辅焊丝圆弧形摇动11b，其中第四种和第五种实施方式仅适用于焊接电弧1作电弧圆弧形摇动2b的场合。
协同控制器8的实施例：所述协同控制器8由辅焊丝14的运动协同控制模块43和辅焊丝14的脉冲加热电流相位协同控制模块44两部分构成，如图8所示。其中，辅焊丝14的脉冲加热电流If2的相位协同控制模块44，适用于“脉冲直流焊接配用脉冲电流加热辅焊丝”的应用场合，其包括检测主焊丝电流If1脉冲相位的电流传感器47和对该传感器输出进行预处理的脉冲电信号整形器48，其电流传感器47串接在主焊丝电流If1回路中或穿过焊接电缆，其脉冲电信号整形器48的一端与该电流传感器47的输出端相接、另一端PC与辅焊丝14的加热电源中控制电流脉冲输出的电子开关相接；通过电流传感器47实时检测主焊丝电流If1的脉冲电信号，再经过脉冲电信号整形器48进一步整形后，从PC端输出与脉冲形式的主焊丝电流If1同相位的脉冲相位控制信号，控制辅焊丝加热电源中的电子开关，使辅焊丝加热电流If2的脉冲相位与主焊丝电流If1的脉冲相位刚好相反(如图9(a)、图9(b)所示)。也就是说，在主焊丝电流If1的基值电流Ib1期间，辅焊丝加热电流If2输出峰值电流Ip2，在主焊丝电流If1的峰值电流Ip1期间，辅焊丝加热电流If2输出基值电流为零，从而减小辅焊丝加热电流If2对焊接电弧1的磁偏吹影响，提高焊接过程稳定性。
辅焊丝运动协同控制模块43的两种实施方式：第一种是电子式运动协同控制模块，由功能开关Sw和信号变换器46构成，适用于图7(a)、(b)和(c)所示的辅焊丝运动控制及馈电机构12的实施形式，其一端(输入端PA)与主焊丝运动控制及馈电机构5中的电机控制器28相接、另一端(输出端PW)与辅焊丝运动控制及馈电机构12中的电机控制器32或38相接，此时图8所示的功能开关Sw接通信号变换器46所在的通道。通过该电子式运动协同控制模块获取焊接电弧1的电弧直线摆动2a或电弧圆弧形摇动2b的幅值和位置信息，并通过信号变换器46转换成辅焊丝14的幅值和位置控制信号后从其PW端输出，再通过电机控制器32或38控制辅焊丝运动控制及馈电机构12中的电机31或37或39，使辅焊丝导向机构10、或使辅焊丝馈电盘34通过与之下伸出轴相接的辅焊丝导向机构10带动辅焊丝14，作与焊接电弧1运动同向和同频率的辅焊丝直线摆动11a或辅焊丝圆弧形摇动11b。
第二种是机械式运动协同控制模块，由功能开关Sw和机械传动机构45构成，适用于图7(d)和(e)所示的辅焊丝运动控制及馈电机构12的实施形式，其一端(输入端PA)与主焊丝运动控制及馈电机构5中的主焊丝馈电盘24的伸出轴相连、另一端(输出端PW)与辅焊丝运动控制及馈电机构12中的辅焊丝馈电盘34的下伸出轴相连、或与辅焊丝馈电杆42相连，此时图8所示的功能开关Sw接通机械传动机构45所在的通道，并且主焊丝运动控制及馈电机构5通过机械传动副41(即通过该控制模块中的机械传动机构45)，驱动辅焊丝馈电盘34或辅焊丝馈电杆42，并通过与辅焊丝馈电盘34的下伸出轴或辅焊丝馈电杆42的下端相接的辅焊丝导向机构10，带动辅焊丝14作与焊接电弧1运动同向和同频率的辅焊丝直线摆动11a或辅焊丝圆弧形摇动11b。
以下给出实施本发明时，推荐的焊接参数范围：
使用本发明进行添加辅焊丝的旋转电弧窄间隙焊接时，焊接参数范围包括：窄间隙坡口17形式为I形或U形，其间隙G为8～16mm；平均焊接电流If1为100～500A，平均电弧电压为15～40V，焊接速度Vw为8～50cm/min；电弧旋转半径为r1为2.5～7mm，电弧旋转频率为0～100Hz；与主焊丝配合的辅焊丝14的摆动或摇动频率为0～10Hz，摆动幅值d3或摇动幅值d4不大于电弧旋转直径2r1，辅焊丝14与主焊丝6之间的夹角(α+β)为15～80°，辅焊丝14的平均加热电流If2为0～400A；实心或药芯的主焊丝和辅焊丝直径为0.8～2.4mm，并通过选用辅焊丝14的送进速度使辅焊丝熔化量少于主焊丝熔化量。
使用本发明进行添加辅焊丝的摆动电弧或摇动电弧窄间隙焊接时，焊接参数范围包括：窄间隙坡口17为I形或U形，其间隙G为8～20mm；平均电弧电流If1为100～500A，平均电弧电压为15～40V，焊接速度Vw为8～50cm/min；电弧摆动或摇动频率为0～10Hz，电弧摆动幅值d1或摇动幅值d2为6～18mm，电弧摆动或摇动至坡口两侧壁17a和17b时停留时间分别为0～500ms；与主焊丝6配合的辅焊丝14的摆动或摇动频率为0～10Hz，摆动幅值d3或摇动幅值d4不大于电弧摆动幅值d1或电弧摇动幅值d2，辅焊丝14与主焊丝6之间的夹角(α+β)为15～80°，辅焊丝14的平均加热电流If2为0～400A；实心或药芯的主焊丝和辅焊丝直径为0.8～2.4mm，并通过选用辅焊丝14的送进速度使辅焊丝熔化量少于主焊丝熔化量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1、在间隙为G的窄间隙坡口(17)内，通过从主焊丝导电杆机构(4)斜向送出的主焊丝(6)引燃焊接电弧(1)，并通过主焊丝运动控制及馈电机构(5)，使焊接电弧(1)围绕主焊丝机构中心线(15)不作运动、或作半径为r1且r1>0的单向的电弧旋转运动(3)、或作摆动幅值为d1且0<d1<G的往复式电弧直线摆动(2a)、或作轨迹弦长为d2且0<d2<G的往复式电弧圆弧形摇动(2b)；
步骤2、通过辅焊丝导向机构(10)向焊接电弧(1)区域送入辅焊丝(14)，并使辅焊丝(14)不作运动，或通过辅焊丝运动控制及馈电机构(12)，使辅焊丝(14)沿窄间隙坡口(17)宽度方向作摆动幅值为d3的往复式辅焊丝直线摆动(11a)、或围绕辅焊丝机构中心线(16)作轨迹弦长为d4的往复式辅焊丝圆弧形摇动(11b)，同时使该冷态或热态的辅焊丝(14)在焊接电弧热和焊接熔池液态金属热作用下与主焊丝(6)一同熔化，分别向焊接熔池过渡；
步骤3、通过拖动机构使主焊丝(6)和辅焊丝(14)一起以焊接速度(Vw)向前移动，实现所述添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接。
2.如权利要求1所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法，其特征是：还包括在窄间隙坡口(17)内，当主焊丝(6)产生的焊接电弧(1)作直线电弧摆动(2a)或圆弧形电弧摇动(2b)时，则协同控制器(8)根据主焊丝运动控制及馈电机构(5)提供的焊接电弧(1)摆动或摇动的幅值和位置信息，通过辅焊丝运动控制机构，使辅焊丝导向机构(10)带动辅焊丝(14)作与电弧运动同向和同频率的辅焊丝直线摆动(11a)或辅焊丝圆弧形摇动(11b)。
3.如权利要求1所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法，其特征是：还包括在窄间隙坡口(17)内，当脉冲直流形式的主焊丝电流(If1)配用脉冲直流形式的辅焊丝加热电流(If2)时，则协同控制器(8)通过电流传感器(47)实时检测主焊丝电流(If1)的脉冲相位信号，然后通过该相位信号控制辅焊丝加热电源中的电子开关，使辅焊丝加热电流(If2)的脉冲相位与主焊丝电流(If1)的脉冲相位刚好相反。
4.如权利要求3所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法，其特征是：所述主焊丝电流(If1)与辅焊丝加热电流(If2)的配用方式还包括：普通直流形式或脉冲直流形式的主焊丝电流(If1)配用交流形式的辅焊丝加热电流(If2)，或交流形式的主焊丝电流(If1)配用直流形式的辅焊丝加热电流(If2)，同时使所述辅焊丝加热电流(If2)小于主焊丝电流(If1)。
5.如权利要求1所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法，其特征是，在步骤2中还包括：当辅焊丝运动控制机构带动辅焊丝(14)围绕辅焊丝机构中心线(16)作轨迹弦长为d4的辅焊丝圆弧形摇动(11b)时，通过主焊丝运动控制及馈电机构(5)中的主焊丝馈电盘(24)的伸出轴，并经过机械传动副(41)，驱动辅焊丝馈电盘(34)和与之下伸出轴相连接的辅焊丝导向机构(10)，带动辅焊丝(14)作与电弧直线摆动(2a)或电弧圆弧形摇动(2b)相协同的辅焊丝圆弧形摇动(11b)，此时可通过与辅焊丝馈电盘(34)的法兰台面保持滑动接触的辅焊丝馈电碳刷(35)，引入辅焊丝加热电流(If2)；或当辅焊丝运动控制机构带动辅焊丝(14)围绕辅焊丝机构中心线(16)作轨迹弦长为d4的辅焊丝圆弧形摇动(11b)时，通过主焊丝运动控制及馈电机构(5)中的主焊丝馈电盘(24)的伸出轴，并经过机械传动副(41)，驱动辅焊丝馈电杆(42)和与之下端相连接的辅焊丝导向机构(10)，带动辅焊丝(14)作与电弧直线摆动(2a)或电弧圆弧形摇动(2b)相协同的辅焊丝圆弧形摇动(11b)，此时可通过直接将辅焊丝馈电电缆与辅焊丝馈电杆(42)相连接，引入辅焊丝(14)的辅助加热电流(If2)。
6.如权利要求1所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接方法，其特征还包括：所述辅焊丝(14)作辅焊丝直线摆动(11a)或辅焊丝圆弧形摇动(11b)时，其直线摆动幅值为d3或圆弧形摇动轨迹弦长为d4，均不大于焊接电弧(1)的旋转直径，即d3≤2r1、d4≤2r1，或不大于焊接电弧(1)的直线摆动幅值d1或圆弧形摇动轨迹弦长d2，即d3≤d1、d3≤d2、d4≤d1、d4≤d2。
7.一种添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接装置，其特征是：包括由主焊丝导电杆机构(4)、主焊丝运动控制及馈电机构(5)和主焊丝送丝机(7)构成的主焊丝机构，由辅焊丝导向机构(10)、辅焊丝运动控制及馈电机构(12)和辅焊丝送丝机(13)构成的辅焊丝机构，以及协同控制器(8)；其中所述辅焊丝机构与主焊丝机构分别连接所述协同控制器(8)、且配合使用，所述主焊丝机构中的主焊丝导电杆机构(4)与主焊丝运动控制及馈电机构(5)相连接，送丝机(7)送出的主焊丝(6)穿过主焊丝运动控制及馈电机构(5)后从主焊丝导电杆机构(4)斜向伸出至待焊坡口(17)内部；所述辅焊丝机构中的辅焊丝导向机构(10)与辅焊丝运动控制及馈电机构(12)相连接，辅焊丝(14)穿过辅焊丝运动控制及馈电机构(12)后从辅焊丝导向机构(10)端部的中心孔伸出后，在待焊坡口内插入由主焊丝机构产生的焊接电弧(1)及其加热形成的焊接熔池中；所述协同控制器(8)包括辅焊丝(14)的运动协同控制模块(43)和辅焊丝(14)的脉冲加热电流相位协同控制模块(44)，其中运动协同控制模块(43)在摆动或摇动电弧焊接时协调控制辅焊丝(14)与焊接电弧(1)之间的相对位置关系，脉冲加热电流相位协同控制模块(44)在脉冲电流焊接时协调控制脉冲形式的辅焊丝加热电流(If2)与脉冲形式的主焊丝电流(If1)之间的相位关系。
8.如权利要求7所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接装置，其特征是，所述辅焊丝(14)的运动协同控制模块(43)为电子式或机械式：
当为电子式时，则其一端(PA)与主焊丝运动控制及馈电机构(5)中的电机控制器(28)相接、另一端(PW)与辅焊丝运动控制及馈电机构(12)中的电机控制器(32)或(38)相接，此时电弧摆动或摇动幅值和位置信号从其输入端(PA)输入，经信号变换器(46)转换成辅焊丝运动幅值和位置控制信号后，从其输出端(PW)输出；
当为机械式时，则其一端(PA)与主焊丝运动控制及馈电机构(5)中的主焊丝馈电盘(24)的伸出轴相连，另一端(PW)与辅焊丝运动控制及馈电机构(12)中的辅焊丝馈电盘(34)的下伸出轴相连、或与辅焊丝馈电杆(42)相连，此时其模块(43)中的机械传动机构(45)为机械传动副(41)。
9.如权利要求7所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接装置，其特征是，所述辅焊丝(14)的脉冲加热电流相位协同控制模块(44)，包括检测主焊丝电流(If1)脉冲相位的电流传感器(47)和对电流传感器输出进行预处理的脉冲电信号整形器(48)；所述电流传感器(47)串接在主焊丝电流(If1)回路中或穿过焊接电缆，所述脉冲电信号整形器(48)的一端与所述电流传感器(47)的输出端相接、另一端(PC)与辅焊丝(14)加热电源中控制电流脉冲输出的电子开关相接。
10.如权利要求7所述的添加辅焊丝的窄间隙熔化极电弧焊接装置，其特征是：所述主焊丝导电杆机构(4)由直型导电杆(19)和与之相接的偏心导电嘴(18)组成、此时主焊丝(6)从偏心导电嘴(18)端部的偏心孔斜向送出，或由弯曲导电杆(21)和与之相接的直型导电嘴(20)组成、此时主焊丝(6)从直型导电嘴(20)端部的中心孔送出，或由直型导电杆(23)和与之斜向相接的直型导电嘴(22)组成、此时主焊丝(6)从直型导电嘴(22)端部的中心孔送出；与所述主焊丝导电杆机构(4)配用的辅焊丝导向机构(10)，为单件一体式弯曲导丝杆(10)或单件一体式直型导丝杆(10a)，或由弯曲导向杆(10b)和与之相连的直型导丝嘴(10c)组成，或由直型导向杆(10d)和与之斜向相接的直型导丝嘴(10e)组成。
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