CN1135948A - 横焊方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种横向焊接方法，在进行横向位置气体保护电弧焊时，对上母材和下母材形成的坡口在其里侧搭接固体衬材，用焊接电流按大小电流周期循环进行焊接根部的电流变化焊接法焊接根部，形成根部焊道，再将滑动铜搭板搭接于表侧，并使焊枪沿上、下母材板厚方向摆动，用气电焊接法完成剩余坡口部的焊接。该方法能获得没有咬边、焊透度良好且健全的焊接部，并能提高焊接效率。

Description

横焊方法及装置

本发明涉及厚板气体保护横焊法。

已经，横向位置单面焊接法对由上母材和下母材形成I形或近似I形的半V形的焊接坡口，在其里侧搭接铜搭板或固体陶瓷材料，而且在母材和内搭材所包围的坡口内供给保护气体的同时馈送焊条进行焊接。横焊的位置易发生重力引起的焊接金属垂落，因此，容易在表、里焊道上发生咬边或产生焊透度不良等焊接缺陷。

针对上述情况，在特公昭51-32584号公报中，为防止横焊位置下连续使用大电流时熔融金属的下垂和由此产生的融合不良，提出了一种通过一次台车运行完成全板厚熔敷的方法，该方法通过使焊接电流按大、小电流周期变化促使熔融金属凝固，从而在横焊位置下焊道熔敷良好，同时使焊枪沿与焊接方向交差的方向(板厚方向)往复运动，从而沿坡口内顺次堆积焊接焊道。但是，该方法因大小电流周期循环，使焊枪在板厚方向往复运动，进行焊道堆积，所以存在效率低的问题。

另一方面，特公昭61-39151号公报中揭示了一种可一行一焊层地焊接的横向气电焊焊接法，在该横向气电焊接中，解决了坡口内先行熔化金属流引起的熔合不良，抽气欠妥引起气泡等焊接缺陷的出现，以及焊道外观不齐等问题，不发生焊接缺陷。再有，在特公平3-16222号公报中揭示了一种中部增大焊透度的横向气电焊法，该方法是在焊弧大致在板厚方向上摆动的横向气电焊法中，通过使焊弧摆动的往程和/或返程在母材板厚中部附近暂停摆动且保持继续喷电弧，来增大板厚中部电弧喷射力产生的熔化金属底注量。但是该方法也是一种要一行一焊层地对坡口进行焊接，以良好的状态且同时地形成并焊接表、里两焊道的焊接方法，所以必须不断监视焊条所对的位置同时又必须保持其位置正确，从而，在坡口通道变动大的现场焊接中，产生增大焊接作业者负担的问题。

特开昭62-234667号公报中揭示了一种检测焊弧光的坡口仿形法，作为解决上述问题的手段。但该方法不仅难以将摆动的弧光、坡口边缘和检测器调整到最佳位置，而且还存在因焊接中坡口边缘气体切断凹口和切断面的氧化膜(凝固气化物)等脱落而遮蔽掉焊弧等问题，因此实用性上问题较多。

本发明解决上述问题，其目的在于提供一种横向气体保护弧焊法，该方法在进行横向位置气体保护电弧焊时，能形成无咬边的良好的里、表焊道，同时能以高焊接效率获得焊透度好的健全的焊接部。

本发明在进行横向位置气体保护电弧焊时，

(1)对上母材和下母材形成的坡口在其里侧搭接固体衬材，用焊接电流按大小电流周期循环进行焊接的电流变化焊接法焊接根部，形成根部焊道，再将滑动铜搭板搭接于表侧，并使焊枪在上、下母材的板厚方向上摆动，用气电焊接法完成剩余坡口部的焊接。

(2)当用焊接电流按大、小电流周期循环进行焊接的电流变化焊接法形成根部焊道的根部焊接，和用气电焊接法完成剩余坡口部的焊接时，使用同一焊接电源、同一焊条馈送装置和同一焊枪进行焊接。

(3)本发明具有：焊接电流按大、小电流周期循环切换的切换定时器；切换电流变化焊接法和气电焊接法的切换器；备有检测焊接电流的检测器、基准电流设定器、比较上述焊接电流和基准电流的比较器，并受理该比较器输出，控制焊接速度，使焊嘴与熔融金属积存面之间距离保持基本不变的速度控制电路；在与焊条基本成直角的方向上沿母材厚度方向摆动焊枪的摆动电路；检测上、下母材中至少一侧坡口边缘的检测器，以及根据该检测器的输出对焊枪相对于坡口边缘位置进行坡口仿形控制的坡口仿形控制电路。

下面结合附图实施例详细说明本发明。

图1为坡口剖面图，其中图1(a)为表示电流变化焊接法形成的根部焊道的横剖面图，图1(b)为其纵剖面图；

图2为表示由气电焊接法形成的全焊道的坡口剖面图，其中图2(a)为横剖面图，图2(b)为纵剖面图；

图3为表示本发明一实施例中所用焊枪前端部某一半为外观另一半为纵剖面的剖面图，其中图3(a)表示实施电流变化焊接法时的焊枪前端部，图3(b)表示实施气电焊接法时的焊枪前端部；

图4为表示本发明一实施例中所用滑动铜搭板9外观的斜视图；

图5为表示本发明装置一实施例中电气组成部分的组合方框图；

图6中，图6(a)为坡口横剖面图，表示图5所示坡口检测器43对于坡口的相对位置；图6(b)为在横切坡口方向上扫描驱动坡口检测器43时表示检测器位置与检测器输出电压关系的曲线图；

图7为表示图5所示运行速度自动控制电路35大致结构的方框图；

图8为表示与图5所示电气组成部分组合的焊接装置机构的平面图。

图1为表示电流变化焊接法形成根部焊道的横剖面图(图1(a))和纵剖面图(图1(b))，该方法就是对上、下母材形成的横向半V形坡口，在其里侧搭接固体衬材，然后焊接电流按大、小电流周期循环进行焊接，对由下母材2、上母材1及固体衬材3所包围着的横向半V形坡口大致垂直地插入焊条7，再通过焊接电流按大、小电流周期循环切换进行焊接，就能形成防止熔融金属垂落的良好的焊道4。

也即，大电流时上、下母材1，2的角部熔化，与焊条7一起形成熔融金属，且固体衬材3的表面也熔化。若在该状态下继续用大电流，则会发生因处于横焊位置而由重力使熔融金属垂落，不能进行根部焊接。因此，在该垂落发生前将焊接电流由大电流变为小电流促使熔融金属凝固。例如，大、小电流可以用大电流为0.5秒，小电流为1.0秒的时间进行切换。这样，周期性地重复熔化、凝固，就能进行不发生熔融金属垂落的良好的根部焊接。5与焊枪的保护气体喷管，6为焊嘴。

图2为表示将滑动铜搭板9搭接于表侧对上述根部焊接后剩余坡口部进行平焊的气电焊接法的横剖面图(图2(a)及纵剖面图(图2(b))。在气电焊接中，将弯曲焊嘴11引导的焊条7插入由上、下母材1，2、根部焊道4及滑动铜搭板9所包围的坡口内，经滑动铜搭板9中保护气体供给口10供给保护气体进行平焊。此时，使焊枪在焊接母材板厚方向上摆动以电弧力保持住熔化金属，但与一焊道气电焊接横向位置坡口的情况相比，由于坡口断面积少了根部焊道4的断面积，所以其表面张力大，能形成不垂落熔融金属的良好的平焊道8。

可是，因存在出现坡口断面积变化等现象时会发生熔融金属垂落的情况，所以需检测焊接电流，控制焊接速度，使弯曲焊嘴11与熔化金属面间的距离保持不变。运行速度的自动控制后面详细叙述。

又，在根部焊接、平焊焊接中，通过对上、下母材形成的坡口，检测表侧下母材或上母材坡口边缘，进行焊枪位置的仿形控制，使焊枪位置在坡口上下方向中相对于该坡口边缘保持一定距离，从而即使发生坡口变动的情况下也能获得不会沿该坡口发生不良焊透度及没有咬边的良好的焊道。

下面说明焊枪。图3为使用同一焊枪进行电流变化焊接法和气电焊接法的焊枪前端部的说明图。图3(a)在焊枪12的枪管13前端装有节流构件14、焊嘴6和保护气体喷管5。对焊枪12供给焊条及保护气体，并进行电流变化焊接。

图3(b)为取下图3(a)的节流构件14、焊嘴6和保护气体喷管5，装上焊嘴接口15、盖形螺母16和弯曲焊嘴11，并对焊枪12供给焊条，进行气电焊接时的状态。此时，保护气体由图4滑动铜搭板9的保护气体供给口10供给。

图4表示水冷式滑动铜搭板9。通过冷却水供水口17及冷却水排水口18使冷却水在水冷式滑动铜搭板9内循环。图4是从搭接于焊道面侧观察的斜视图，背面设有装到搭板压紧装置64(图8)前端用的槽(未图示)。

下面详细说明本发明装置的一实施例。图5为表示本发明装置一实施例主要电气组成部分的组合的方框图，机械组成部分的组合示于图8。图5中焊接电源32是具有恒定电压特性的直流电弧焊接电源。图5中，大电流设定器19、小电流设定器20、电流切换器21、大电压设定器27、小电压设定器28、电压切换器29、切换定时器26及运行速度设定器33，它们用于焊接电流按大、小电流周期循环时的焊接。焊条馈送速度设定器22、电压设定器30、焊接电流检测器34及运行速度自动控制电路35，用于气电焊接。切换器23、31及36对按大、小电流周期循环切换焊接电流焊接的场合与气电焊接的场合进行切换，同时对焊条馈送控制电路24、焊接电源32及台车运行控制电路37的输入信号进行切换。

摆动速度设定器39、摆动停止设定器46、摆动控制电路41、坡口检测器43、运算电路44及仿形控制电路45，它们用于按大小电流周期循环切换焊接电流进行焊接的场合和/或气电焊接的场合。

焊条馈送控制电路24接收来自电流切换器21或焊条馈送速度设定器22的信号，驱动焊条馈送电动机25。焊接电源32是具有恒定电压特性的直流电弧焊接电源，接收来自电压切换器29或电压设定器30的信号，提供焊接所必需的电力。台车运行控制电路37接收运行速度设定器33或运行速度自动控制电路35的信号，驱动台车运行电动机38。摆动控制电路41接收摆动速度设定器39及摆动停止设定器40的信号，驱动摆动电动机42，使焊枪在坡口内板厚方向上摆动。坡口检测器43的输出信号输入运算电路44，该运算电路44的输出又输入到仿形控制电路45，驱动仿形电动机46。下面详细说明仿形控制。

图6(a)为以采用激光测距计的坡口检测器43检测坡口的方法的原理图。在与上母材1和下母材2及固体衬材3所包围的坡口相对，且大致与母材表面垂直的方向，使坡口检测器43沿坡口宽度方向摆动。此时，坡口检测器43的位置与输出电压的关系示于图6(b)中。如该图所示，输出电压在母材表面呈现固定值，而在坡口位置(上下母材的坡口边缘)急骤变化。焊接中若坡口有变动，则相对于检测器位置的电压急骤变化点发生变动。运算该下母材或上母材的坡口边缘急骤变化点相对于检测器位置的偏离量，通过控制仿形电动机使偏离量为零，进行坡口仿形控制。

现在来说明按大小电流周期循环切换焊接电流进行焊接的情况。大、小电流分别由大电流设定器19、小电流设定器20设定。与这种设定一样，与大电流焊接相称的适当的大电压由大电压设定器27设定，与小电流焊接相称的小电压由小电压设定器28设定。该大小电流及大小电压分别用电流切换器21及电压切换器29同时切换。可用切换定时器26按照例如大电流为0.5秒，小电流为1.0秒那样的定时进行切换。上述电流切换器21的输出通过切换器23输入焊条馈送控制电路24驱动焊条馈送电动机25。电压切换器29的输出通过切换器31输入焊接电源32，以提供焊接电力。运行速度设定器33的输出通过切换器36输入台车运行控制电路37，以与速度设定值相称的速度驱动台车运行电动机38。

下面说明气电焊。焊条馈送速度设定器22的输出通过切换器23输入焊条馈送控制电路24，以驱动焊条馈送电动机25。电压设定器30的输出通过切换器31输入焊接电源32，以提供焊接电力。焊接电流检测器34的输出则输入运行速度自动控制电路35。该运行速度自动控制电路35的输出通过切换器36输入台车运行控制电路37，以驱动台车运行电动机38。由此使台车运行。

图7示出运行速度自动控制电路35的结构。电路35中，焊接电流检测器34的检测电压经放大电路47放大，该放大电路47的输出与焊接电流基准电流设定器49的设定电压相加后，输入比例积分电路50。也即，加法器48求出基准电流设定器49的设定电压与焊接电流检测器34检测到的实际焊接电流所对应检测电压的差，输入比例积分电路50。该电路50的输出经放大电路51放大后，通过切换器36输入台车运行控制电路37，以驱动台车运行电动机38。然后控制台车运行速度，使焊接电流的实际值变得与基准电流设定值相等。也即，坡口断面积大时速度变慢，或反之，坡口断面积小时速度加快，实际焊接电流被控制得保持基准焊接电流值。

此时，由于使用具有恒定电压特性的焊接电源，所以焊接电流受焊条馈送速度及焊嘴与熔融金属积存面间的距离支配，但为了保持焊条馈送速度不变，根据坡口断面积的变化控制台车运行速度，使焊接电流保持基准焊接电流值，从而使焊嘴与熔融金属积存面间的距离保持基本不变。

下面，主要参照图8说明本发明一实施例焊接装置的主要机构部分。图8机构中装配了图5电气电路部件。图8中，在运行于运行导轨53上的运行台车52上，搭载着搭板压紧装置64及仿形装置62，该仿形装置62与安装有摆动装置63及坡口检测装置54，焊枪12及坡口检测装置54通过仿形装置62在焊接坡口55的上下方向上移动。该坡口检测装置54上装有使图8中未示出的坡口检测器43(图5，图6)在坡口宽度方向上摆动在坡口宽度方向上摆动的摆动机构。

焊接时，首先在被焊接物的上母材上相对于焊接坡口55平行安装运行导轨53。该运行导轨53上装有运行台车52，操作离合器旋钮57，手动使运行台车52运行，对准焊接起始位置。

采用焊接电流按大小电流周期循环焊接的电流变化法的根部焊接中，取下图8滑动铜搭板9，取下图3(b)所示焊枪12的弯曲焊嘴11、盖形螺母16及焊嘴接口15，换上图3(a)所示节流构件14，焊嘴6及保护气体喷管5，并将供给滑动铜搭板9的保护气体接于焊枪12供气焊接。

焊接中焊接条件的调节方面，图5中焊条馈送速度的调节是用大、小电流设定器19、20分别对大、小电流调节进行的，焊接电压的调节是用大、小电压设定器27、28分别对大、小电压调节进行的，焊接速度的调节是用运行速度设定器33进行的。

至于采用气电焊的平焊接，则用上、下调整旋钮58进行备有图8保护气体供给口的滑动铜搭板9相对于焊接坡口55的坡口宽度方向位置校准，再用搭板压紧旋钮60将滑动铜搭板9紧压于被焊接物母材表面。接着将装有弯曲焊嘴11的焊枪12挟持在摆动装置63的未图示的托架上，用左右调整旋钮56调节滑动铜搭板9与焊条方向位置一致。进而用检测器上下调整旋钮59进行坡口检测器43相对于焊接坡口55的坡口宽度方向位置校准。焊接中焊接条件的调整方面，在图5中，焊条馈送速度的调整用焊条馈送速度设定器22执行，焊接电压的调整用电压设定器30执行，摆动速度及摆动停止时间的调整用摆动速度设定器39及摆动停止设定器40执行。下面具体列出本发明的实施效果。

——实施例1——

所用材料：焊条：JIS Z3313 YFW-C50DM1.6mmΦ，

          钢板：SM490B板厚25mm

          根部内衬材料：陶瓷系固体衬材

          (沟宽：18mm，沟深：2mm)

          外表面滑动铜搭板：沟宽：35mm，沟深：3mm，

          保护气体：100％CO₂ 25l/min焊接电源是具有恒定电压特性的直流电弧焊接电源，使用图3所示的焊枪，制作里侧坡口间隙为7mm、表面侧坡口间隙为12mm的半V形坡口且焊缝长度1m的试验板，在进行焊接始点和终点焊接的同时，使试验板的坡口线相对于走行导轨在靠近导轨的方向上偏离5mm这样的状态下，用以下焊接条件，在进行电流变化焊接根部后，用气电焊对剩余坡口部进行表面层焊接。

〔焊接条件〕

位置：横向

根部：大电流条件340A-30V-0.4sec

      小电流条件180A-18V-1.0sec

      焊接速度6.5cm/min

表面层：390A-31V-12cm/min

        摆动幅度：12mm

        摆动次数：40次/min

由以上条件焊接的结果是：对坡口线的5mm偏离在±0.5mm以内跟踪，可得表、里焊道都没有咬边、具有良好焊道外观及不存在焊透度不良的焊接部。

——实施例2——

所用材料：焊条：JIS Z3313 YFW-C50DM 1.6mmΦ，

          钢板：SM490B板厚25mm

          根部内衬材料：陶瓷系固体衬材

          (沟宽：18mm，沟深：2mm)

          表面层滑动铜搭板：沟宽：35mm，沟深：3mm，

          保护气体：100％CO₂ 25l/min，焊接电源为具有恒定电压特性的直流电弧焊接电源，使用图3所示焊枪，制作坡口间隙为10mm的I型坡口且焊缝长度1m的试验板，在焊接始点和终点进行焊接的同时，使试验板的坡口线相对于走行导轨在远离导轨的方向上偏离10mm这样的状态下，用以下焊接条件，在用电流变化焊接进行根部焊接后，用气电焊接在剩余坡口部进行表面层焊接。

〔焊接条件〕

位置：横向

根部：大电流条件340A-30V-0.4sec

      小电流条件180A-18V-1.2sec

      焊接速度6.0cm/min

表面层：390A-30V-10cm/min

        摆动幅度：11mm

        摆动次数：40次/min

用上述条件焊接的结果是：对坡口线10mm的偏离±0.5mm以内跟踪，可得表、里都没有咬边，具有良好焊道外观及焊透度好的焊接部。

另外，所用材料变为

焊条：JIS Z 3313 YFW-A50DM 1.6mmΦ，

保护气体：80％Ar-20％CO₂ 25l/min，用实施例1和实施例2的各条件进行焊接结果表明：同样能获得表、里焊道都没有咬边，焊道外观良好及良好焊透度的焊接部。

再将焊条变为JIS Z 3325 YGL-4G(相当)1.6mmΦ，用实施例1及实施例2的各条件进行焊接的结果也表明，同样能获得上述情况的焊接部。

通过以上说明，按照本发明能提供一种横向气体保护焊接法，该方法在横向位置气体保护电弧焊时，能获得形成无咬边的良好里、表焊道而且焊透度好的健全的焊接部，并具有良好的焊接效率。

符号说明，

1—上母材；2—下母材；3—固体衬材；4—根部焊道；5—保护气体喷管；6—焊嘴；7—焊条；8—平焊道；9-滑动铜搭板；10—保护气体供给口；11—弯曲焊嘴；12—焊枪；13—枪身；14—节流构件；15—焊嘴接口；16—盖形螺母；17—冷却水供水口；18—冷却水排水口；19—大电流设定器；20—小电流设定器；21—电流切换器；22—焊条馈送速度设定器；23—切换器；24—焊条馈送控制电路；25—焊条馈送电动机；26—切换定时器；27—大电压设定器；28—小电压设定器；29—电压切换器；30—电压设定器；31—切换器；32—焊接电源；33—运行速度设定器；34—焊接电流检测器；35—运行速度自动控制电路；36—切换器；37—台车运行控制电路；38—台车运行电动机；39—摆动速度设定器；40—摆动停止设定器；41—摆动控制电路；42—摆动电动机；43—坡口检测器；44—运算电路；45—仿形控制电路；46—仿形电动机；47—放大电路；48—加法器；49—基准电流设定器；50—比例积分电路；51—放大电路；52—运行台车；53—运行导轨；54—坡口检测装置；55—焊接坡口；56—左右调整旋钮；57—离合器旋钮；58—上下调整旋钮；59—检测器上下调整旋钮；60—搭板压紧旋钮；61—台车运行装置；62—仿形装置；63—摆动装置；64—搭板压紧装置。

Claims (3)

1.一种横向焊接方法，其特征在于，在进行横向位置气体保护电弧焊接中，对上母材和下母材形成的坡口在其里侧搭接固体衬材，用焊接电流按大小电流周期循环进行焊接的电流变化焊接法焊接根部，形成根部焊道，再将滑动铜搭板搭接于表侧，并使焊枪在上、下母材的板厚方向上摆动，用气电焊接法完成剩余坡口部的焊接。

2.如权利要求1所述的横向焊接方法，其特征在于，当用焊接电流按大、小电流周期循环进行焊接的电流变化焊接法形成根部焊道的根部焊接，和用气电焊接法完成剩余坡口部的焊接时，使用同一焊接电源，同一焊条馈送装置和同一焊枪进行焊接。

3.一种横向焊接装置，其特征在于，具有：焊接电流按大、小电流周期循环切换的切换定时器；切换电流变化焊接法和气电焊接法的切换器；备有检测焊接电流的检测器、基准电流设定器、比较上述焊接电流和基准电流的比较器，并受理该比较器输出，控制焊接速度，使焊嘴与熔融金属积存面之间距离保持基本不变的速度控制电路；在与焊条基本成直角的方向上沿母材厚度方向摆动焊枪的摆动电路；检测上、下母材中至少一侧坡口边缘的检测器，以及根据该检测器的输出对焊枪相对于坡口边缘位置进行坡口仿形控制的坡口仿形控制电路。

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