CN1184013A

CN1184013A - 弯曲板材的单面焊接装置和方法

Info

Publication number: CN1184013A
Application number: CN97122280A
Authority: CN
Inventors: 帆足薰; 和田达郎; 丸山修志; 宫崎建雄; 中岛义男; 上田隆义; 长友和男; 山下矿三
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Global Shipbuilding Corp; Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1998-06-10
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: KR19980042270A; CN1235713C; KR100264745B1

Abstract

本发明弯曲板材单面焊接装置的X方向移动台上有Y方向移动台,由后者悬挂支承两根焊矩和两个前后配置的电位计P2、P3等设备的底座。根据P2、P3检测的坡口的Z方向位置和θ方向偏离,计算出坡口的θ方向上的弯曲和前后倾斜角度α,按这些数值对底座进行θ旋转驱动和Z方向升降驱动。再用机构M7对应于α自动调整焊炬角γ。用P4、P5检测工件的左右倾斜β,调整摇动的中心位置。可提高自动仿形焊接效率,改善耐裂性和背面焊蚕品质。

Description

弯曲板材的单面焊接装置和方法

本发明涉及对曲面形状的被焊接材料形成的坡口进行立体仿形焊接的装置，以及使用该装置，进行焊接时溅射发生量少，并且耐裂性能及焊蚕外观良好，形成高韧性焊蚕的高效率双电极单面气体保护电弧焊接方法。特别是用作船体的船首或船尾等的船壳板的曲面钢板之间的定位面部分的单面焊接。

例如在造船过程中，使几块钢板(例如15米×20米)抵住进行单面焊接，制造船体的船壳板。但是，在对用作像船首或船尾等的船壳板那样在焊接后形状为曲面的部分的钢板进行焊接时，用油压千斤顶从下面支持着以使各钢板保持所要求的曲率相互抵住，从上方对该相互抵住的部分即坡口进行焊接。该情况下的坡口沿着形成的船壳板的曲面延伸形成三维曲面的形状。对这样的坡口进行焊接时，以焊接直线状坡口为前提的自动焊接装置不能使用，因此，向来多使用人工焊接。

三维弯曲坡口的人工焊接在搭脚手架、配设焊接机器等上面需要时间和空间，而且比焊接直线坡口更费时间，焊接工作效率低，焊接质量容易随着坡口的弯曲情况、焊接工技术水平的高低而产生波动，事后修整需要许多劳动力。从而提高了成本。

近年来，在各种焊接结构物的建造中，由于谋求降低成本和提高效率，气体保护电弧焊接方法在各领域的应用迅速增加。其中在对接焊比例高的造船和桥梁等领域的应用显著多了起来。但是，从降低焊接的总成本的观点出发，包括短尺寸和长尺寸的单面焊接的高速化成了重大课题。

作为单面焊接方法，以往对水下电弧焊接方法作为造船中接长钢板的坡口焊接作了许多研究。例如日本专利特公昭60-59072号公报所提到的水下电弧焊接方法，尤其力图实现防止电极摇动带来的焊蚕焊接深度减少和焊蚕外观形状劣化，并且也防止根部焊蚕龟裂。但是，这种水下电弧焊接方法实施设备庞大，在短尺寸焊接的情况下太麻烦不适用。

又，日本专利特公昭61-49027号公报提出的，使用带焊剂电焊条的高电流密度气体保护平焊方法，采用小直径的复合电焊条，使电焊条伸出的长度大，而且用大电流高速度焊接，高效率地进行平焊，降低了焊接成本。但是由于电焊条伸出的长度有35～70毫米，存在保护不良、电焊条弯曲引起的对目标位置的偏离，甚至单面焊接时根部焊蚕龟裂等问题。

日本专利特公昭50-7543号公报公开了在抵住垫板的坡口内充填适当数量的钢粒或铁粉，一边摇动小直径电焊条一边进行焊接的情况。但是这种方法如果不设坡口间隙就不能进行良好的焊接，而且由于坡口的角度大，所以坡口的截面积也大，在接长钢板的坡口焊接时也存在工作效率的问题。

而且上述任何一种方法都达不到曲面形状的被焊接材料形成的坡口实现焊接自动化和实用化的程度。

本发明的第1个目的是使弯曲坡口的焊接作业自动化，第2个目的是提高三维弯曲的坡口的焊接工作效率。第3个目的是提高三维弯曲的坡口的焊接质量，降低焊接成本。第4个目的是改良曲面形状的被焊接材料从短尺寸到长尺寸的焊接结构物单面焊接的焊接操作性、耐裂性和背面焊蚕，取得牢固的高韧性的焊接部。

本发明的弯曲板材的单面焊接装置具备：

具有根据X通电指令驱动的X方向行驶电动机(M1)，在水平的X方向行驶的X方向移动台(Y1、Yz、RY、Y2)；

支持于X方向移动台(Y1、Yz、RY、Y2)，具有根据Y通电指令驱动的Y方向行驶电动机(M2)，相对于X方向移动台，在与X方向垂直的Y方向行驶的Y方向移动台(4)；

在垂直于Y方向移动台(4)的Z方向可升降，并且可以以垂直的Z轴(O)为中心旋转地支持着的底座(2)；

包含根据Z通电指令驱动，在垂直的Z方向对所述底座(2)进行升降驱动的升降电动机(M4)的Z方向升降机构(12)；

包含根据θ通电指令驱动，以垂直的Z轴(O)为中心旋转驱动所述底座(2)的第1旋转电动机(M3)的θ旋转机构(10)；

支持于所述底座(2)，检测该旋转中心轴(O)的延长线上的坡口的Z方向位置及与Z方向垂直的方向的位置的第1检测手段(P3)；

支持于所述底座(2)，检测离该旋转中心轴(O)一定距离的位置上的坡口的Z方向位置和垂直于Z方向的方向上的位置的第2检测手段(P2)；

支持于所述底座(2)的、焊接坡口用的焊炬(30L、30T)。

为了便于理解，在括号中标出附图所示、下面所述的实施例的对应要素或相当的部分的记号供参考。

采用上述装置，可以借助于在水平的X方向行驶的X方向移动台(RY)、 Y方向行驶的Y方向移动台(4)以及Z方向升降机构(12)，决定或调整底座(2)的三维(X、Y、Z)位置。在以该底座(2)支持焊炬的情况下，虽然能够驱动焊炬(底座)，使焊炬沿着坡口在三维空间的轨迹运动，但是焊炬相对于坡口的姿态由于坡口的弯曲有时会偏离基准姿态。本发明的焊接装置由于具备以垂直的Z轴(O)为中心旋转驱动底座(2)的θ旋转机构(10)，能够利用该θ旋转机构(10)，使焊炬(底座)对应于坡的弯曲进行旋转，以便焊炬相对于坡口经常维持基准姿态。

本发明还根据第1和第2检测手段(P3、P2)的检测值，计算出横贯被焊接材料(W1、W2)的坡口(b)延伸方向的方向上坡口的弯曲θ’和坡口延伸方向相对于水平面的倾斜α，可以对应于弯曲θ’通过θ旋转机构(10)驱动底座2旋转，对应于倾斜α，通过Z方向升降机构(12)驱动底座(2)升降。以此实现焊炬对坡口的弯曲θ’(旋转方向)及前后倾斜α进行仿形的曲面自动仿形焊接。

图1是从斜上方俯视以一种形态实施本发明的焊接装置1的立体图，其结构要素简化表示。

图2是从图1所示的点划线箭头2A方向看图1所示的焊接装置1的侧面图，一部分示出剖面图。

图3是从图1所示的点划线箭头3A方向看图1所示的焊接装置1的正面图，一部分示出剖面图。

图4是相当于图2的缩小的侧面图，驱动各种机构的电动机和作为传感器的电位计P1～P5、P7及旋转编码器P6的大概位置只是简单表示。

图5表示图3所示的工件的左右倾斜β和摆动中心所要求的偏移量dxβ，工件W1、W2表示坡口横断方向的剖面。

图6是图1所示的工件W1、W2的立体图，表示图4所示的电位计P2～P5对工件W1、W2的检测方向。

图7是表示图1所示的传感器底座2的移动方向和移动速度(焊接速度)V与坡口线b的位置关系的平面图。

图8是表示图1所示的工件W1、W2的概观的立体图。

图9是表示图3所示的控制电路8的控制动作的流程图(主程序)。

图10是表示图9所示的步骤4“焊接”的内容(子程序)的流程图。

图11是图2所示的焊炬30L上装备的双重保护20的放大纵剖面图。

图12(a)是表示图1所示的被焊接材料W1、W2之间的“V”字形坡口的放大正面图。

图12(b)是表示被焊接材料W1、W2之间形成“Y”字形坡口的情况下，该坡口的放大正面图。

图13是在表3所示的焊接条件下焊接多种厚度的板材的坡口时板材厚度与钢粒散布高度的组合的分布曲线，组合点上附有表示背面焊蚕形状是否良好的记号。

图14是表示图2所示的焊接装置1中，前电极电焊条Wa1与后电极电焊条Wa2之间的距离，即极间距离Dw的侧面图。

图15是表示焊接电流量与溅射量的关系的曲线，已有的方法表示单一保护的情况。

该装置还具备：以水平的X轴为中心可旋转地支持于所述底座(2)，以支持着焊炬(30L、30T)的焊炬支持框架(即焊机头)(3)，以及包含根据γ通电指令以水平轴(31a)为中心对焊炬支持框架(3)进行旋转驱动的第2旋转驱动电动机(M7)的γ旋转机构。借助于此，可以对应于前后倾斜α，通过旋转机构对焊炬支持框架(3)进行旋转驱动，尽管被焊接材料在前后方向上有弯曲，也能够实际上使焊炬相对于被焊接材料(W1、W2)的前后倾斜角γ保持固定值。

焊炬支持框架(3)支持着焊炬(30L、30T)，并且使其能接近也能离开被焊接材料(W1、W2)；装置还具备包含根据接近或离开的通电指令驱动焊炬(30L、30T)接近或离开的焊炬上下驱动电动机(M8、M10)的焊炬上下驱动机构。采用这种装置，能够对应于倾斜角α，通过焊炬上下驱动电动机(M8、M10)驱动焊炬(30L、30T)使其接近或离开被焊接材料，使焊炬对坡口保持固定的距离。

焊炬支持框架(3)支持着焊炬(30L、30T)使其能够在与连结第1检测手段(P3)和第2检测手段(P2)的纵线垂直的方向上相对于被焊接材料(W1、W2)往复运动；装置还具备：支持于所述底座(2)，在与所述纵线垂直的方向上相互反向偏离，分别检测构成坡口的第1被焊接材料(W1)和第2被焊接材料(W2)的表面的Z向位置的第3检测手段(P5)和第4检测手段(P4)，以及包含根据摇动通电指令往复驱动焊炬(30L、30T)的摇动驱动电动机(M9、M11)的摇动驱动机构。采用这种装置，可以根据第3和第4检测手段(P5、P6)的检测值，计算出与坡口(b)延伸方向垂直的方向上被焊接材料相对于水平面的倾斜β，并相应于倾斜度β把摇动驱动机构(M9、M11)驱动焊炬(30L、30T)往复摇动的振幅中心错开，使振幅中心对坡口中心进行仿形。

装置还具有控制手段(8)；该控制手段根据第1和第2检测手段(P3、P2)的检测值，计算出被焊接材料(W1、W2)的坡口延伸方向的横断方向的坡口弯曲θ’和坡口相对于延伸方向的水平面的倾斜α，

根据第3和第4检测手段(P5、P4)的检测值，计算出与坡口(b)延伸方向垂直的方向上被焊接材料(W1、W2)相对于水平面的倾斜β，

相应于弯曲θ’，通过θ旋转机构(10)驱动所述底座(2)旋转，

相应于倾斜α，通过Z向升降机(12)驱动所述底座(2)升降，

相应于倾斜α，通过γ旋转机构(M7)驱动焊炬支持框架(3)旋转，

相应于倾斜α，通过焊炬上下驱动机构(M8、M10)驱动焊炬(30L、30T)接近或离开，

相应于倾斜β，把摇动驱动机构(M9、M11)驱动焊炬(30L、30T)往复摇动的振幅中心错开，

以此使焊炬(30L、30T)对坡口的弯曲θ’(旋转方向)及前后倾斜α进行仿形，使焊炬相对于被焊接材料(W1、W2)的前后角γ尽管被焊接材料在前后方向上有弯曲(α)也实际上保持固定，相应于倾斜α，焊炬(30L、30T)靠近或离开，相对于坡口保持固定距离，并且相应于倾斜β，使摇动驱动机构(M9、M11)驱动焊炬(30L、30T)往复摇动的振幅中心对坡口中心仿形。即实现曲面自动仿形焊接。

因此，不需要为了进行三维弯曲坡口的手工焊接而为操作者搭脚手架、配设焊接机器等，节省了所需要的时间和空间。减少由于坡口的弯曲情况和焊接操作工技术水平的优劣造成的焊接质量波动，因而减少后道工序进行修整的劳动力。于是，焊接成本降低。

本发明的弯曲板材单面焊接方法，使用上述弯曲板材单面焊接装置用一对焊炬对曲面状被焊接材料之间的坡口进行仿形焊接，其特征在于，

取曲面状的被焊接材料内表面定位焊的“V”字形或“Y”字形坡口的坡口角度为30～65度，

在坡口的背面抵住衬垫板，在该坡口内充填钢粒或铁粉到被焊接板材厚度的1/4以上，2/3以下的高度，

取先、后焊接电极电焊条之间的间距为100毫米以上，600毫米以下，

取先焊接电极电焊条的焊接电流密度为200A/mm²以上，而后焊接电极电焊条的焊接电流密度为150A/mm²以上，并且，

对电极电焊条进行摇动驱动，使先行电极电焊条以40次/分～150次/分摇动，而使在后面焊接的电极电焊条以30次/分～120次/分摇动。

理想实施形态的后焊接电极电焊条，其各种成份相对于电焊条总重量的比例为：

TiO₂： 2.5％～7.0％

ZrO₂： 0.4％～1.0％

Al₂O₂：0.1％～1.0％

Si： 0.2％～1.2％

Mn： 1.0％～4.0％

Mg： 0.1％～1.0％

而且是带有钠和钾中的一种或两种，总计为0.03％～0.3％的焊剂的带焊剂电焊条。

理想实施形态的带焊剂后焊接电极电条，所充填的焊剂包含的各种成分相对于电焊条总重量的比例为：

Ni： 0.3％～3.0％

Ti： 0.02％～0.2％

B： 0.002％～0.015％

在理想的实施形态中，至少用第1保护气体和第2保护气体对先焊接电极焊条进行双重气体保护。

本发明的其他目的和特征在参照附图对下述实施例进行的说明中会更加清楚。

下面参照图1、图2和图3对使用于本发明的实施中用的单面气体保护电弧焊接装置进行概要说明。在图1～图3中，箭头Z的方向是上方，X箭头的方向和Y箭头的方向是水平方向。在下面的说明中，以Y箭头的方向为前方，而以X箭头的方向为右方。图1是相当于从斜上方俯视焊接装置1的立体图的、表示其结构概要的简略图。工件(被焊接材料)W1、W2如图8和图12(a)所示，相对的边缘互相抵住，设置于工作场所地面F上的未图示的多个油压千斤顶从下面支持着，借助于对各千斤顶的支持高度的调整形成所希望的曲面形状。即三维曲面。在工件W1、W2的互相抵住的边缘与边缘之间形成的坡口b由于工件W1、W2以所要求的角度三维弯曲，所以在图示的例子中工件成左前方偏高的倾斜。为了维持这样的曲面形状，在坡口内表面进行了定位焊加以固定。

在图1中，地面F上敷设着在水平的X方向上延伸的X方向导轨X1，在该导轨X1的前上方离开地面F的地方，由未图示的支柱支持着与导轨X1平行的X方向上的导轨X2。将两条导轨X1和X2称为X导轨对RX。导轨X1上承载着X方向移动台Y1，导轨X2上承载着X方向移动台Y2，X方向移动台Y1和Y2支持着支柱Yz和Y方向导轨RY。支柱Yz和Y方向导轨RY互相垂直并连成一体。X方向移动台Y1的驱动车轮由X方向移动台Y1上装载的电动机M1通过未图示的减速机构旋转驱动。电动机M1通电，X方向移动台Y1的驱动车轮受到旋转驱动，X方向移动台Y1在导轨X1上行驶，则支柱Yz和Y方向导轨RY沿着导轨X1、X2，以平行于Y轴的状态在X方向上向左或向右移动。

Y方向导轨RY上承载着焊接装置1的移动台车(Y方向移动台)4的车轮4a～d。移动台车4的车轮4a～d的旋转轴上，成一体固定着链轮，沿着导轨RY配设的轮状的未图示的链式传动带啮合在该链轮上。链式传动带由装载于移动台车4上的电动机M2进行旋转驱动，随着驱动，移动台车4沿着导轨RY在Y方向上移动。

图2是从图1所示的点划线箭头2A方向看图1所示的焊接装置1的图，图3从图1所示的点划线箭头3A方向看图1所示的焊接装置1的图。在移动台车4的中央开有上下贯通的孔，中空圆柱状的升降管12在Z方向上升降自如地贯通该孔。在升降管12的外面分别安装着在Z方向上延伸的导轨13a～c，这些导轨在Z方向上升降自如地嵌在与其相对的移动台车4的孔的内表面设置的滑块上。在升降管12下部的外壁固定支持着驱动在Z方向上延伸的螺杆M4s旋转的升降电动机M4。在移动台车4上有在Z方向贯通台车的螺丝孔，该螺丝孔与螺丝棒M4s配合。在这里移动台车4由Y方向导轨RY从下面支持着，因此一旦升降电动机N4对螺丝棒M4s进行旋转驱动，升降管12即相对于移动台车4在Z方向上升降。在Z方向上延伸的中空的旋转轴10水平旋转自如地贯通升降管12的轴心。在从移动台车4的上表面伸出的升降管12的上部开口附近的外壁上固定支持着旋转电动机M3。旋转电动机M3的旋转轴上固定着正齿轮，在水平方向上旋转。正传动齿轮在旋转轴10的上开口边缘上与该边缘形成一整体，旋转电动机M3的正齿轮与该传动齿轮啮合。电动机M3一旦通电，与该旋转轴形成一体的正齿轮即旋转，通过传动齿轮，旋转轴10相对于升降管12以旋转中心线O为中心旋转。

在旋转轴10的下端部支持着传感器底座2。随着旋转轴10的旋转，传感器底座2在水平方向上旋转。旋转电动机M3的旋转轴上连结着电位计P1的旋转轴，电位计P1产生表示旋转轴10的旋转角θ的电信号。

在传感器底座2的下部的、旋转中心线O的位置上有能够在与该中心线O垂直的水平方向(图2中为与纸面垂直的方向，在图3中为X方向)上和Z方向上移动自如的第1坡口仿形辊，在该第1坡口仿形辊上有双轴式电位计P3与其接合在一起。电位计P3具有对旋转自如地支持第1坡口仿形辊的支持杆在水平方向上的位置进行检测的电位计，和检测该支持杆在Z方向上的位置的电位计，产生表示在旋转中心线O的位置上的、相对于传感器底座2的坡口水平方向位置和Z方向位置的电信号(图2)。

在传感器底座2下部的离旋转中心线O一定距离的位置上有在水平方向(在图2中为与纸面垂直的方向，在图3为X方向)上和Z方向上移动自如的第2坡口仿形辊，在该第2坡口仿形辊上有双轴型电位计P2与其结合。电位计P2也有对旋转自如地支持第2坡口仿形辊的支持杆在水平方向上的位置进行检测的电位计，和检测该支持杆在Z方向上的位置的电位计，产生表示在离旋转中心线O一定距离的的位置上的、相对于传感器底座2的坡口水平方向位置和Z方向位置的电信号(图2)。

电位计P3和P2检测到的水平方向上的位置之差对应于坡口相对于传感器底座2(的水平基准线)在水平方向上的弯曲(倾斜角)，电位计P3和P2检测到的Z方向上的位置之差对应于坡口线相对于水平面的倾斜角(前后方向上的倾斜角度)α(图2)。

在传感器底座2下部，与连接第1和第2坡口仿形辊(P3、P2)的纵线垂直，且离旋转中心线O一定距离的位置上，有第1工件仿形辊，电位计P5对旋转自如地支持该仿形辊的支持杆在Z方向上的位置进行检测，产生表示该Z方向位置的电信号(图3)。又，在传感器底座2下部，与上述纵线垂直地偏离旋转中心线O一定距离，并且在旋转中心线O的另一边的与第1工件仿形辊相反方向的位置上，有第2工件仿形辊，电位计P4对旋转自如地支持该仿形辊的支持杆在Z方向上的位置进行检测，产生表示该Z方向位置的电信号(图3)。电位计P5和P4检测到的Z方向上的位置之差对应于工件相对于水平面的倾斜角(左右方向上的倾斜角度)β(图3)。

旋转编码器P6接在第1工件仿形辊(P5)上，该仿形辊(P5)每转过规定的小角度产生1个电脉冲信号。对该脉冲信号进行计数可以了解传感器底座2沿着坡口移动的移动量，一定时间内的计数值表示传感器底座2沿着坡口的移动速度V(焊接速度)。

在图2中，在第1和第2工件仿形辊(P5、P4)的排列方向(垂直于图2的纸面方向)上延伸的旋转轴31a旋转自如地贯通传感器底座2的大致中央处。传感器底座2上有电动机M7，其输出轴通过减速机构连接旋转轴31a，电动机M7一通电，电动机M7旋转轴的旋转就经过减速机构的减速传递到旋转轴31a。旋转轴31a上固定着焊炬支持框架3。随着旋转轴31a的旋转，焊炬支持框架3以旋转轴31a为中心旋转，框架3支持的焊炬30L、30T的相对于工件的前后倾斜角γ发生变化。电位计P7产生表示旋转轴31a的旋转角度的电信号。

通过包含驱动焊炬伸缩(接近和离开)的电动机M8的接近/离开驱动机构，以及包含驱动焊炬30L在坡口的宽度方向上摇动的摇动驱动电动机M9的摇动机构，用焊炬支持框架3，在坡口的深度方向上可升降(接近/离开)地，并且在坡口的宽度方向上可摇动地支持焊炬30L。也通过包含驱动焊炬伸缩(接近和离开)的电动机M10的接近/离开驱动机构，以及包含驱动焊炬30T在坡口的宽度方向上摇动的摇动驱动电动机M11的摇动机构，用焊炬支持框架3，在坡口的深度方向上可升降(接近/离开)地，并且在坡口的宽度方向上可摇动地支持焊炬30T。

在传感器底座2上还有电焊条馈送装置5。电焊条供给装置5由两组电焊条送料器及其驱动电动机M5、M6构成。两根电焊条wa1、wa2从装载于移动台车4上部的电焊条包wp穿过在Z方向上贯通旋转轴10内轴心部的管14内部，从管14的出口14a传送到电焊条供给装置5，通过其中的电焊条馈送器分别提供给焊炬30L、30T。

焊接一开始，电动机M5、M6即驱动电焊条馈送器，从电焊条包wp分别将电焊条wa2、wa1提供给焊炬30T、30L。焊炬30L的电动机M8将焊炬30L的伸出长度(与坡口b的距离)调整为规定值(根据下述控制电路来的通电指令)，电动机M9以与焊接速度V相应的速度驱动焊炬30L摇动。而焊炬30T的电动机M10将焊炬30T的伸出长度(与坡口b的距离)调整为规定值(根据下述控制电路来的通电指令)，电动机M11以与焊接速度V相应的速度驱动焊炬30T摇动。

在图4，将上述各电动机M1～M11、电位计P1～P5、P7及旋转编码器P6的偏置和功能汇总表示。而表1表示上述电动机M1～M11的驱动对象，表2表示上述电位计P1～P5、P7及旋转编码器P6的检测对象。表1上的A～D是根据操作环境调整的数值。

(表1)

(表2)

各电动机M1～M11的正反向旋转的通电控制，通过能够在传感器底座2的近旁可拆卸地安装的悬架式操纵台9(图3)，在初始设定时由操作者进行，而焊接一开始悬架式操纵台9内的控制电路8即一边参照P1～P7的检测值一边自动进行。在传感器底座2内，有分别驱动各电动机的电动机驱动器，悬架式操纵台9给出的通电指令传递给这些电动机驱动器，各电动机驱动器按照悬架式操纵台9给出的指令驱动分别连接着的电动机。

控制电路8在焊接一开始即按照此前从悬架式操纵台9输入的信息，和电位计P1～P5、P7及旋转编码器P6的检测值，使焊炬对坡口b进行仿形焊接，并且相对于坡口将焊炬控制在设定的姿势和目标位置上，进行使焊接速度为设定速度的X方向移动台(Y1、Yz、RY、Y2)、Y方向移动台4的移动速度控制、传感器底座2的θ旋转控制、焊炬支持框架3的γ旋转控制，以及焊炬的伸出(接近/离开)和摇动幅度中心的坡口仿形控制。

图9是表示控制电路8的控制动作的流程图。一旦电源接通，控制电路8即在步骤1将内部存储器、计数器等全部清零。然后将悬架式操纵台9上的灯(未图示)点亮，以表示存储器的初始化结束，等待操作者输入(初始化)。这时操作者可以在悬架式操纵台9上的控制盘(未图示)上进行按键操作，对各电动机M1～M11进行控制。对于下面的图9和图10的说明中，省略“步骤”一词，只以步骤的编号表示。

操作者一旦由悬架式操纵台9上的灯点亮确认初始化结束，即操作悬架式操纵台9上的控制盘(未图示)的按键，有选择地(通电)驱动电动机M1～M11，决定焊炬30L、30T相对于坡口b的姿势及距离。详况如下：

1.驱动电动机M1、M2，使旋转中心线O向坡口b上的检测起点Op(图1、2、3)移动，而且起动电动机M4使传感器底座2下降，将第1坡口仿形辊(P3)置于该检测起点(坡口内)。检测起点是坡口线两端中Z方向位置(高度)低的一端。而工件W1、W2放置于地板F，使坡口线与Y轴大致平行。

2.驱动电动机M3，使旋转轴10(传感器底座2)旋转，将第2坡口仿形辊(P2)放置于焊接方向上比第1坡口仿形辊(P3)靠前的地方的坡口b内。

3.驱动电动机M4，使传感器底座2下降，第1及第2坡口仿形辊(P3、P2)处于坡口b内，它们的Z方向位置在Z方向位置移动范围的中央附近，并且调整传感器底座2的高度，使第1及第2工件仿形辊(P5、P4)抵住工件，使它们的Z方向上的位置处于Z方向位置移动范围的中央附近。

4.对初始姿势的设定进行指示。控制电路根据初始姿势设定指示，将这时的电位计P3、P2的电信号变换为数字信号读入。然后由电动机M3驱动传感器底座2旋转，使电位计P3、P2在水平方向(图2中垂直于纸面的方向)上的位置处于零点(水平方向位置偏离为零处)。以此使第1坡口仿形辊(P3)和第2坡口仿形辊(P2)的水平方向位置相对于传感器底座2处于基准位置(没有水平方向位置偏离)，焊炬30L、30T位于连结两辊(P3、P2)的纵线上。

5.驱动电动机M7，驱动焊炬支持框架(即焊机头)3作γ旋转，将焊炬30T、30L对坡口b仿形的方向的角度(前后方向的角度γ)调整为合适的数值。

6.驱动电动机M5、M6，向焊炬30T、30L提供电焊条wa1、wa2。

7.驱动电动机M9、M11，使焊炬30T、30L摇动，并相对于坡口b，调整垂直方向的摇动幅度和摇动幅度的中心位置。

8.驱动电动机M8、M10，调整焊炬30T、30L的伸出长度，即调整坡口b与焊炬前端部的距离。

上述1～7的步骤是初始设定的步骤的一个例子，顺序可以根据需要变更、反复或省略。又，操作者通过对悬架式操纵台9上的操作盘的按键进行操作，输入所要求的焊接速度Vs。操作者一完成初始设定，即在悬架式操纵台9的操作盘上进行表示初始设定完成的按键操作。

控制电路8将输入的焊接速度Vs存储于寄存器中，一旦有初始设定完成的输入，即对这时电位计P1～P5、P7的电信号进行数字变换而后读入，并且将摇动幅度和摇动幅度的中心位置贮存于寄存器中。然后，在电位计P3、P2的水平方向(垂直于图2的纸面的方向)位置不是零点(水平方向位置偏移为零处)时，与上述4.相同，由电动机M3驱动传感器底座2旋转，这事一结束即发出催促进行上述5.～8.的调整的通知。核对电位计P3、P2的水平方向(垂直于图2的纸面的方向)位置处于中立点，而且电位计P1表示的旋转角度θ、电位计P7表示的旋转角度(γ：焊炬相对于水平面的前后倾斜角)、焊炬的伸出长度(接近的距离或离开的距离)、摇动幅度，以及摇动幅度的中心位置是否分别为合适的数值，是否分别处于各设定范围内，据此进行判断，如果是合适的数值，即发出焊接可以开始的报告。如果不是合适的数值，即发生催促对数值不合适的项目进行再调整的通知。

一旦得到可以开始焊接的报告，控制电路8即等待着直到操作者用按键操作指示焊接开始，焊接开始的指示一到来，焊接即开始(3)。还有，在想停止焊接的情况下，也是操作者借助于对悬架式操纵台9的操作键盘的键盘操作输入“停止焊接”。关于“停止焊接”将在后面加以叙述。

图10表示步骤4“焊接”的子程序。这里控制电路8在旋转编码器6每发生一个脉冲时都进行计数，在规定的周期读取计数值计算出焊接速度V，贮存于寄存器中，将计数值初始化(清零)(41)，同时对电位计P1～P5、P7的电信号进行数字变换后读入(42)。然后对下面的状态信息进行运算(43)。

坡口的弯曲θ’：θ方向旋转的、坡口b相对于传感器底座2的弯曲θ’的计算。根据电位计P3与P2检测出的水平方向上的位置的差计算。

坡口的前后倾斜角α：传感器底座2的正下方的坡口线与水平面所成的角度α(图2)的计算。根据电位计P3与P2检测出的Z方向上的位置的差计算。

工件的左右倾斜β：坡口的横断方向上工件的倾斜角β(图3)的计算。根据电位计P5与P4检测出的Z方向上的位置的差计算。

这样计算出状态信息θ’、α和β，控制电路8即对用于使坡口相对于传感器底座2的弯曲θ’为零的、传感器底座2的θ旋转目标角度Θ＝θ+θ’进行计算，并计算出

X方向移动目标速度Vsx＝VscosΘ，

Y方向移动目标速度Vsy＝VssinΘ，

X方向移动速度 Vx＝VcosΘ，

Y方向移动速度 Vy＝VsinΘ；

θ为电位计P1的检测值(44)。

图7表示传感器底座2的移动方向及移动速度(焊接速度)V与坡口线的关系。移动速度V在X方向上的分量为VscosΘ，在Y方向上的分量为VsinΘ。

控制电路8接着对目标值进行计算(45)。这里首先计算X方向上的移动速度Vx相对于X方向移动目标速度Vsx的偏差，以PID运算计算出用于使该偏差为零的、电动机M1的通电电流目标值。同样计算Y方向上的移动速度Vy相对于Y方向移动目标速度Vsy的偏差，以PID运算计算出用于使该偏差为零的、电动机M2的通电电流目标值。再根据完成初始设定时读入的电位计P2～P5、P7的检测数据及摇动幅度、摇动幅度的中心位置及焊炬伸出长度(接近的距离或离开的距离)，以及这次读入的电位计P2～P5、P7的检测数据，计算与初始设定时实质上相同的、用于维持坡口与焊炬之间的相对位置及姿势的焊炬前后倾斜角γ的目标值、焊炬伸出长度目标值、摇动幅度目标值以及摇动幅度的中心位置的目标值。

图5表示与工件左右倾斜β对应的，摇动幅度中心位置所要求的偏移量dxβ。将初始设定时的摇动幅度中心位置数据移动了大小等于这次计算出的所要求的偏移量dxβ相对于初始设定时的所要求的偏移量的偏差值后，所得的值被作为摇动幅度中心位置的目标值。

接着，控制电路8根据计算出的目标值驱动电动机M1～M11(46)。亦即根据最新的目标值进行电动机驱动。在这一过程中，控制电路8驱动电动机M4使传感器底座2升降，以使电位计P3检测出的Z方向上的位置为初始设定完成时的Z方向上的位置；驱动电动机M3，使电位计P1检测出的角度为目标角度Θ；驱动电动机M7～M11，使焊炬的前后倾斜角γ、焊炬伸出长度、摇动幅度及摇动幅度中心位置分别符合目标值。又使电动机M1及M2加速或减速，以使X方向移动速度Vx和Y方向移动速度Vy分别符合目标值Vsx和Vsy。

然后，控制电路8核查操作者是否通过对悬架式操纵台9上的操作盘的按键进行操作，输入过“停止焊接”指示，或是核查第2坡口仿形辊(电位计P2)是否到达坡口b的终端(47)，如果是其某一方，就返回图9的步骤5。但是，在哪一方也不成立时，等待决定控制周期的定时器超时，即进入步骤41，开始下一控制周期。

“停止焊接”指示输入，或是电位计2的电信号变为表示坡口终端的信号，控制道路即进行终止处理，使焊炬30L、30T的停止焊接，使电动机停止工作。

焊炬30L和30T(图2)的各自的前端安装着双重保护气体供给装置20。

图11是焊炬30L上装备的双重保护气体供给装置20的放大纵剖面图。焊炬30L从其前端的焊接喷嘴6向坡口内馈送电焊条wa1，并且吹出保护气体。该焊炬30L上装备着双重保护气体供给装置20。双重保护气体供给装置20包含固定在焊炬30L上的附属装置21、固定于该附属装置21的内喷嘴22和外喷嘴23。内喷嘴22包围焊接喷嘴6，将从焊炬30L吹出的保护气体(第1保护气体)沿着焊接喷嘴6引导向下。该第1保护气体从内喷嘴22的下端开口吹向露出焊接喷嘴6外边的电焊条wa1周围。外喷嘴23下半部分扩大成喇叭状，第2保护气体G从焊炬30L的外部供给该外喷嘴23，该气体沿着内喷嘴的外圆周面从下端开口在第1保护气体的外侧吹出。电焊条wa1的正下方的熔融部位受到第1保护气体和第2保护气体的双重保护。下文将吹出第1保护气体又吹出第2保护气体的状态称为“双重保护”，把只有第1保护气体的状态称为“非双重保护”或“单一保护”。

下面对在焊接线方向(Y方向)连续倾斜，并且在与其垂直的方向(X方向)上倾斜的曲面状工件W1、W2(被焊接材料)使用上述焊接装置1进行单面焊接的情况加以说明。下面还把焊接线方向(Y方向)工件的倾斜称为“倾斜(slope)”，把垂直方向(X方向)的倾斜称为“旋转(rotation)”。

工件W1、W2形成的坡口，如图12所示，呈坡口角度30～65度的“V”字形(图12(a))或Y字形(图12(b))，坡口内表面以定位焊临时固定，以使坡口在焊接时不发生坡口错开。坡口的背面抵着垫块BP，坡口内散布钢粒或铁粉到1/4～2/3钢板厚度，使先焊接电极电焊条wa1(焊炬30L)摇动40～150次/分，后焊接电极电焊条wa2(焊炬30T)摇动30～120次/分。一个来回的摇动为1次。

使先焊接电极电焊条wa1横断面的焊接电流密度为200A/mm²以上，后焊接电极电焊条wa2横断面的焊接电流密度为150A/mm²以上，取先、后焊接电极(L极与T极)的电焊条wa1、wa2之间的极间距离Dw为100～600mm，进行气体保护的、双电极单面电弧焊接，因此电弧稳定，可以得到不容易产生裂纹，且表里均良好的焊蚕，同时能够实现高效率的焊接。还有，如图14所示，极间距离Dw是先焊接电极电焊条wa1与后焊接电极电焊条wa2之间的、沿着工件的距离。

图13表示多种厚度的板材进行气体保护的多电极单面电弧焊接时钢粒散布高度与背面焊蚕的形状的关系。焊接时的各种条件示于表3。实验时相应于各种厚度的板材改变电流、摇动幅度、摇动次数(次/分)。表3上的“根部间隙”是坡口横断面上相对的工件W1、W2之间的最短距离的意思。图12(b)表示出根部间隙。

(表3)

还有，图13上的“○”形记号表示背面焊蚕形状良好，三角形记号表示背面焊蚕形状不良，×记号表示背面焊蚕形状很不好或发生烧穿的情况。

从图13可以了解到，在各种厚度的板材的坡口中散布钢粒到1/4～2/3板厚再进行焊接可以得到良好的焊蚕。散布量高于2/3板厚则背面焊蚕形状很不好，或者就不能形成焊蚕。而在小于1/4板厚的情况下则发生烧穿的情况。

还有，钢粒或铁粉的粒度分布为粒径1.5mm以下，但最好是从使电弧稳定和焊蚕形状良好出发。而成份主要是Fe，但是从不容易产生裂纹的要求出发，最好是C含量0.10％以下，S及P含量0.020％以下，考虑到焊接金属的强度和韧性，其他成份可以使其包含Si、Mn、Mo，此外也可以包含脱氧剂和合金剂。只要满足上述粒度和成份，也可以是各种尺寸的钢条切下的颗粒。

坡口角度小于30度时背面焊蚕的均匀性不好，而坡口角度超过65度则由于坡口的截面积变大，焊接效率下降。

在坡口内表面预先进行定位焊，可以减少焊接过程中间隙的变动。又，在使用固体的塑料垫块作为垫块BP的情况下，只是用使垫块BP连接于被焊接部分的背面的弱小的支持力，相对于被焊接材料支持住垫块BP即可，不必使用磁铁或固定部件。从而可以谋求减少劳动力。垫块BP除了使用固体的塑料垫块外，还可以将铜板垫块与玻璃带并用，或带焊剂的铜垫块中的任何一种，都可以得到同样的效果。

在坡口内表面预先进行定位焊固定，可以是对整个焊接长度进行，也可以对其一部分进行。又，为了稳定得到背面焊蚕，定位焊的焊蚕高度最好是在7mm以下，并且最好是2mm以上，以使定位焊充分。

由于根部间隙在5mm以下，“Y”字形坡口的钝边(见图12(b))为3mm以下时板接缝的焊接容易并且背面焊蚕稳定，最好取这样的数值。根部间隙超过5mm则坡口的断面积增大，焊接效率下降。

先焊接电极电焊条wa1单位截面积的电流密度小于200A/mm²时，不能得到稳定的背面焊蚕。特别是在预先点焊固定的部分会留下未熔融部分。

后焊接电极电焊条wa2单位截面积的电流密度小于150A/mm²时，会发生未熔透的情况。

还有，先焊接电极电焊条wa1使用日本工业标准JIS Z3312及Z3325规定的软钢和高强度钢用的、低温用钢用的实芯焊条中的任何一种都能够得到良好的结果，特别是要求焊接金属有高韧性的情况下最好是使用JIS Z3325规定的低温用钢用的实芯焊条。

又，由于电焊条单位截面积的焊接电流密度高，为了使得焊接效率和焊蚕形状良好，最好是先焊接电极电焊条wa1的直径为1.4mm～2.0mm，后焊接电极电焊条wa2直径为1.2mm～2.0mm。

先焊接电极电焊条wa1(焊炬30L)的摇动次数(次/分)，为了使背面焊蚕形状良好，取40～150次/分，在小于40次/分时焊蚕的波浪形变粗，得不到良好的背面焊蚕形状。超过150次/分则电弧不稳定，得不到良好的背面焊蚕形状。后焊接电极电焊条wa2的摇动次数(次/分)，为了使表面焊蚕形状良好，取30～120次/分，在小于30次/分时焊蚕的波浪形变粗，得不到良好的表面焊蚕形状。超过120次/分则电弧不稳定，得不到良好的表面焊蚕形状。

电极的摇动幅度为了使焊蚕表面良好，使其根据板厚阶梯状变化。板厚为10mm左右时最好是先焊接电极电焊条wa1的摇动幅度为4mm，后焊接电极电焊条wa2的摇动幅度为6mm，板厚为25mm左右时最好是先焊接电极电焊条wa1的摇动幅度为10mm，后焊接电极电焊条wa2的摇动幅度为15mm。

先焊接电极(L电极)和后焊接电极(T电极)的电极间距Dw(图14)小于100mm时电弧不稳定，并且背面焊蚕高出太多，而Dw大于600mm则对于韧性的改善有效果，但是装置变得太大，因而不是理想的。

还有，焊接速度根据板厚决定，板厚10mm的情况下为40mm/分～45mm/分，板厚25mm时为15mm/分～20mm/可以得到良好的焊接。

电极(电焊条wa1、wa1)的摇动与焊接线垂直并且与被焊接材料板表面平行，或者与焊接线垂直并且与水平面平行都可以得到同样的效果。

电焊条相对于被焊接板材板面的馈入角度γ(见图2)，在取先、后焊接两电极均为垂直或使前进角最多为15度左右可以得到良好的焊蚕。

下面说明后焊接电极电焊条wa2使用的加焊剂的电焊条的成份的意义。

TiO₂含量为2.5％～7.0％：

TiO₂呈现作为对于焊蚕的造渣剂和电弧稳定剂的性质，在小于电焊条总重量的2.5％时不能得到良好的表面焊蚕形状。而超过7.0％则焊接金属中含氧量增加，大尺寸的非金属夹杂物增加，微观组织不能细化，韧性下降，因此其范围取2.5％～7.0％。

ZrO₂含量为0.4％～1.0％：

ZrO₂提高焊渣的凝固速度和熔融金属被焊渣部包围的程度，使焊蚕的外观良好。而且与TiO₂同样，也具有使高温下的蒸汽压降低，使熔融金属滴细化的效果，减少溅射。但是含量小于0.4％时得不到这一效果，表面焊蚕外观不良同时溅射发生量变多。而一旦超过1.0％则由于凝固温度高包渣等缺陷容易发生，因此将其范围取在0.4％～1.0％。

Al₂O₃含量为0.1％～1.0％：

Al₂O₃与ZrO₂相同，能提高焊渣的凝固速度和改善熔融金属的焊渣覆盖性，使焊蚕的外观良好。但是含量小于0.1％时得不到这一效果。而一旦超过1.0％则包渣等缺陷容易发生，焊渣不容易剥离，因此将其范围取在0.1％～1.0％。

Si含量为0.2％～1.2％：

Si作为脱氧剂起作用，有使焊接金属的含氧量降低的效果。但是含量小于0.2％时脱氧能力不足，产生气孔，而一旦超过1.2％则使铁素体固溶强化，降低韧性，因此将其范围取在0.2％～1.2％。

Mn含量为1.0％～4.0％：

Mn帮助脱氧提供金属的流动性，改善焊蚕的形状，同时在提高强度和韧性上也有效。但含量小于1.0％时脱氧不足，易产生焊接缺陷，而一旦超过4.0％则使焊接金属脱氧过度，易发生凹痕和气孔，因此将其范围取在1.0％～4.0％。

Mg含量为0.1％～1.0％：

Mg在高温的电弧中与氧起反应，在电焊条前端为熔滴的阶段进行脱氧反应。结果，在熔池中不残留脱氧生成物，并且帮助熔池内起反应的Si、Mn进行脱氧，使熔融金属的含氧量减少，有提高韧性的效果。但是含量小于0.1％时上述效果不足，而一旦超过1.0％则电弧长度过大，焊蚕形状变坏，因此将其范围取在0.1％～1.0％。

Na、K其中的一种或两种的含量总计为0.003％～0.3％：

Na、K有提高电弧稳定性，缓和电弧向母材内部侵蚀的效果。但是含量小于0.03％时得不到上述效果。而一旦超过0.3％则电弧长度变得太长，溅射量、烟尘量增加。

又，在要求具有低温韧性的情况下，还在上述带焊剂的电焊条中加入如下含量范围的Ni、Ti及B。

Ni含量为0.3％～3.0％：

Ni是为确保强度和低温韧性而添加的，但是含量小于0.3％时不能得到充分的韧性改善效果，而一旦超过3.0％则容易发生高温裂纹，因此将其范围取在0.3％～3.0％。

Ti含量为0.02％～0.2％：

Ti是强脱氧剂，有防止熔融金属氧化，并且以生成的Ti氧化物使熔融金属的微观组织细化，改善韧性的效果。但是含量小于0.02％时不能得到微观组织细化使韧性改善的效果，而一旦超过0.2％则显著形成碳化物，对韧性产生损害，因此将其范围取在0.02％～0.2％。

B含量为0.002％～0.01 5％：

B有使熔融金属的微观组织细化，改善韧性的效果。但是含量小于0.002％时不能得到微观组织细化使韧性改善的效果，而一旦超过0.015％则变得容易产生裂纹，同时显著形成碳化物，对韧性产生损害，因此将其范围取在0.002％～0.015％。

还有，为了使熔融金属的微观组织进一步细化以改善韧性，可以添加0.30％以下的Al，0.20％以下的Zr。而且可以添加2.5％以下的Cr、2％以下的Mo用于调整熔融金属的强度。

由于在坡口内散布钢粒或铁粉，先焊接电极电焊条wa1使用比带焊剂的电焊条熔入深度大的钢电焊条，但是由于电焊条单位截面的电流密度大，又使电极电焊条摇动，所以溅射的发生量大。因此，为了提高气体保护效果，减少溅射发生量，对先焊接电极电焊条wa1至少实行双重气体保护。

借助于表4所表达的各种焊接条件，特别调查了溅射发生量大的先焊接中的溅射发生量。

(表4)

使电流在300A、400A、500A三个级别变化，对已有的方法(单一气体保护)和双重保护情况下的溅射发生量进行调查。通常，已有方法的溅射发生量随着电流的增大而增加，溅射量为2.0～5.0克/分左右，溅射量在这以下被认为是良好的。图15表示焊接电流与溅射发生量的关系。采取双重保护则与已有的单一气体保护方法不同，溅射发生量与电流无关，在2.0克/分以下。

下面对实施例和比较例加以说明。

实施例1

将表5所示的钢材、表6所示的先焊接电极wa1用的钢电焊条及表7所示的后焊接电极wa2用的带焊剂电焊条加以组合，以表8～表13所示的坡口形状、钢粒或铁粉的散布、曲面状态及焊接条件，进行焊接长度1500mm的双电极单面气体保护电弧焊接。焊接速度根据板厚，以15米/分～450米/分进行。坡口内表面的定位焊，则用包焊剂电弧焊接电焊条焊接6处，每隔300毫米焊30毫米。

焊接后，检查表面和背面焊蚕的外观、有否裂纹以及冲击值。冲击值是从焊接后的试验物体的板厚中央部取日本工业标准JIS Z22024号的冲击试验片在0℃测定其冲击值。

而裂纹有否则用渗透探伤测试及宏观断面进行检查。这些测的结果也汇总示于表8～表13。表8～表13是把一个大的表分为6个表，将这些表按照如下排列，即

表8表10表12

表9表11表13

再将邻表中重复的栏目叠合后，排在同一平面，就成为一张大表格。

(表5)

(表6)

(表7)

(表8)

(表9)

(表10)

(表11)

(表12)

(表13)

表8～表13中的No.1～8是本发明的焊接方法的实施例，No.9～28是比较例。作为本发明的实施例的No.1～8是坡口形状、钢粒或铁粉的散布高度、电极的摇动次数、焊接电流密度及后焊接电极电焊条wa2的成份合适，而且至少对先焊接电极wa1进行双重气体保护的焊接例子，表面和背面焊蚕外观都良好，也没有高温裂纹，冲击值也极好。

比较例中的No.9由于坡口窄，背面焊蚕不均匀，后焊接电极电焊条wa2(表7上的F5的)的Si和Mn含量低，产生气孔。

No.10的坡口宽，焊接产生的隆起小，而且背面焊蚕出来过多。还由于后焊接电极电焊条wa2(F6)的Si含量高，所以韧性低，又由于Mg含量高，所以表面焊蚕的外观不整齐。No.11由于钢粒的散布量低，产生了熔融金属的熔蚀。No.12由于钢粒的散布量高，所以背面焊蚕不出现。No.13由于后焊接电极电焊条wa2(F7)的Mn含量高，所以发生气孔。又由于Na、K总含量高，所以溅射发生量大。

No.14由于后焊接电极电焊条wa2(F8)的Mg含量小，所以韧性低，而且由于Na、K总含量小，所以电弧不稳定。

No.15由于先焊接电极电焊条wa1的焊接电流密度低，所以背面焊蚕不出现。

No.16由于后焊接电极电焊条wa2的焊接电流密度低，所以表面焊蚕外观不良。

No.17由于先焊接电极电焊条wa1的摇动次数少，所以背面焊蚕不整齐。

No.18由于后焊接电极电焊条wa2的摇动次数少，所以表面焊蚕外观不良。

No.19由于先焊接电极电焊条wa1的摇动次数多，所以电弧不稳定，背面焊蚕不整齐。

No.20由于后焊接电极电焊条wa2的摇动次数多，所以电弧不稳定，表面焊蚕不良。

No.21由于先焊接和后焊接电极电焊条wa1、wa2的极间间距Dw小，所以电弧不稳定，而且发生熔融金属的熔蚀。

No.22由于后焊接电极电焊条wa2(F9)的TiO₂含量少，所以表面焊蚕的外观不良。

No.23由于后焊接电极电焊条wa2(F10)的TiO₂含量多，所以韧性低。

No.24由于后焊接电极电焊条wa2(F11)的ZrO₂含量少，所以熔融金属的焊渣覆盖性不良，焊蚕外观不良，溅射发生量也多。

No.25由于后焊接电极电焊条wa2(F12)的ZrO₂含量多，所以发生包渣缺陷。

No.26由于后焊接电极电焊条wa2(F13)的Al₂O₃含量少，所以熔融金属的焊渣覆盖性不良，表面焊蚕外观不良。

No.27由于后焊接电极电焊条wa2(F14)的Al₂O₃含量多，所以发生包渣缺陷，并且焊渣剥离情况不良。

No.28由于没有进行双重气体保护，所以溅射发生量多。

实施例2

表14所示的低温用钢材与表6所示的钢电焊条及表15所示的带焊剂的电焊条组合，与实施例1一样进行双电极单面气体保护电弧焊接。并且各试验也都对先焊接和后焊接电极电焊条wa1、wa2进行双重气体保护。又，韧性的评价是在～20℃测试冲击值。这些结果汇总示于表16、表17、表18。表16～表18是一个大的表分割而成的3部分，将这些表按照如下排列，即

表16 表17 表1 8

再使邻表中重复的栏目叠合后，排在同一平面上，就成为一张大表格。

(表14)

(表15)

(表16)

(表17)

(表18)

表16～表18中的No.29～33是本发明的焊接方法的实施例，No.34～39是比较例。作为本发明的例子的No.29～33是是坡口形状、钢粒或铁粉的散布高度、电极的摇动次数、焊接电流密度及后焊接电极电焊条wa2(F15～F18：表15)的充填焊剂成份合适，而且对先焊接和后焊接电极电焊条wa1、wa2进行双重气体保护的焊接例子，表面和背面焊蚕外观都良好，也没有高温裂纹等缺陷，韧性也极好。

比较例中的No.34由于后焊接电极电焊条wa2(F19)的Ni含量低，所以韧性低。

No.35由于后焊接电极电焊条wa2(F20)的Ni含量高，产生高温裂纹。

No.36由于后焊接电极电焊条wa2(F21)的Ti含量低，所以韧性低。

No.37由于后焊接电极电焊条wa2(F22)的Ti含量高，所以韧性低。

No.38由于后焊接电极电焊条wa2(F23)的B含量低，所以韧性低。

No.39由于后焊接电极电焊条wa2(F24)的B含量高，所以韧性低。

如上所述，采用本发明，对从短尺寸到长尺寸的曲面状焊接结构物进行单面焊接，焊接效率高、不容易产生裂纹，表面和背面的焊蚕良好，而且能够得到健全且高韧性的焊接部，同时坡口截面积可以做得小，是焊接时不需要复杂操作的单程焊接，因此可以很容易地大幅度提高板材的连接工作效率。

表1

电动机序号	驱动		行程	电动机类别
电动机序号	驱动		行程	电动机类别	M1	在x方向驱动台车1(x轴)		70m+A	交流伺服电动机
M2	在y方向驱动台车1(y轴)		15m+B	交流伺服电动机	M1	在x方向驱动台车1(x轴)		70m+A	交流伺服电动机
M2	在y方向驱动台车1(y轴)		15m+B	交流伺服电动机	M3	焊炬支持框架旋转轴10(传感器底座2、焊炬支持框架3)的水平旋转(θ轴)		360°+C	交流伺服电动机
M4	焊炬支持框架旋转轴10(传感器底座2、焊炬支持框架3)的上下驱动(Z轴)		2m+D	直流电动机	M3	焊炬支持框架旋转轴10(传感器底座2、焊炬支持框架3)的水平旋转(θ轴)		360°+C	交流伺服电动机
M4	焊炬支持框架旋转轴10(传感器底座2、焊炬支持框架3)的上下驱动(Z轴)		2m+D	直流电动机	M5	电焊条馈送装置11L的电焊条馈送		——	直流电动机
M6	电焊条馈送装置11T的电焊条馈送		——	直流电动机	M5	电焊条馈送装置11L的电焊条馈送		——	直流电动机
M6	电焊条馈送装置11T的电焊条馈送		——	直流电动机	M7	焊炬支持框架3(焊炬30L、30T)的前后倾斜角γ的调整		+0～20°	直流电动机
搭载于焊炬支持框架的部件					M7	焊炬支持框架3(焊炬30L、30T)的前后倾斜角γ的调整		+0～20°	直流电动机
搭载于焊炬支持框架的部件					M8	焊炬30L	驱动焊炬30L伸出Z	80mm	步进电动机
M9	使焊炬30L在与坡口垂直的X方向摇动	90mm	步进电动机		M8		驱动焊炬30L伸出Z	80mm	步进电动机
M9	使焊炬30L在与坡口垂直的X方向摇动	90mm	步进电动机	M10	焊炬30T		驱动焊炬30T伸出Z	80mm	步进电动机
M11	使焊炬30T在与坡口垂直的X方向摇动	90mm	步进电动机	M10			驱动焊炬30T伸出Z	80mm	步进电动机

表2

用电位计等进行的位置检测	序号	检测对象	反馈
	序号	检测对象	反馈	P1	底座旋转角度检测(θ：旋转轴10的旋转角度)	台车1的x、y方向驱动(M1，M2)
	P2，3	坡口线角度检测(θ′：焊接线在水平方向上弯曲的角度)	对焊接线仿形：θ′(θ的目标值→M3)	P1	底座旋转角度检测(θ：旋转轴10的旋转角度)	台车1的x、y方向驱动(M1，M2)
	P2，3	坡口线角度检测(θ′：焊接线在水平方向上弯曲的角度)	对焊接线仿形：θ′(θ的目标值→M3)	P2，3	上下仿形角度检测(焊接线在上下方向的弯曲角度α)	旋转轴10的上下驱动：Z轴(M4)电焊条伸出长度Z(M8，M10)
	P4，5	工件左右倾斜检测(相对于与焊接线垂直的面上的水平线的倾斜β)	趋向与摇动中心重合(M9，M11)	P2，3	上下仿形角度检测(焊接线在上下方向的弯曲角度α)	旋转轴10的上下驱动：Z轴(M4)电焊条伸出长度Z(M8，M10)
	P4，5	工件左右倾斜检测(相对于与焊接线垂直的面上的水平线的倾斜β)	趋向与摇动中心重合(M9，M11)	P2，3	坡口前后倾斜检测(焊接线在上下方向的弯曲角度α)	向焊接条件靠拢(前后倾斜角γ的目标值→M1)
	P6	台车1的行驶速度(V)	台车1在x、y方向上的驱动(M1，M2)	P2，3	坡口前后倾斜检测(焊接线在上下方向的弯曲角度α)	向焊接条件靠拢(前后倾斜角γ的目标值→M1)
	P6	台车1的行驶速度(V)	台车1在x、y方向上的驱动(M1，M2)	P7	焊炬支持框架前后倾斜的检测(焊炬支持框架3相对于底座2的倾斜角度)	焊炬前后倾斜角度γ的调整(M7)

表3

表4

项目	内容
项目	内容	被焊接材料	钢种：490N/mm²级高强钢、焊接长度1000mm起始部：倾斜0度、旋转5度末端部：倾斜10度、旋转10度
电焊条	钢电焊条(φ1.6mm)	被焊接材料	钢种：490N/mm²级高强钢、焊接长度1000mm起始部：倾斜0度、旋转5度末端部：倾斜10度、旋转10度
电焊条	钢电焊条(φ1.6mm)	钢粒	(1.0mmφ×1.0mm)_{散布高度：8mm}
垫块	固态陶瓷垫块	钢粒	(1.0mmφ×1.0mm)_{散布高度：8mm}
垫块	固态陶瓷垫块	气体流量	CO₂：25升/分(双重气体保护时内外侧同)
焊接条件	电流：300A、400A、500A电压：30V、41V、44V速度：30cm/分	气体流量	CO₂：25升/分(双重气体保护时内外侧同)
焊接条件	电流：300A、400A、500A电压：30V、41V、44V速度：30cm/分	摇动幅度与摇动次数	摇动幅度：5mm摇动次数：120次/分
板厚	(坡口角度：50度，“V”字形，根部间隙：0～1mm、16mm内表面定位焊接高度：5mm)	摇动幅度与摇动次数	摇动幅度：5mm摇动次数：120次/分

表5

钢种	板厚(mm)	化学成份
		化学成份					C	Si	Mn	P	S
		SM490B	12	0.13	0.30	1.31	C	Si	Mn	P	S	0.012	0.008
16	0.14		12	0.13	0.30	1.31	0.29	1.32	0.011	0.007		0.012	0.008
16	0.14		20	0.15	0.30	1.30	0.29	1.32	0.011	0.007	0.011	0.008
25	0.14		20	0.15	0.30	1.30	0.31	1.31	0.012	0.008	0.011	0.008

表6

序号	电焊条的化学成份(wt％)
	电焊条的化学成份(wt％)								C	Si	Mn	P	S	Mo	Ti	B
	W1	0.06	0.70	1.90	0.005	0.003	0.20	0.15	C	Si	Mn	P	S	Mo	Ti	B	0.0060
W2	W1	0.06	0.70	1.90	0.005	0.003	0.20	0.15	0.07	0.80	1.50	0.012	0.008	-	0.15	-	0.0060

表7

序号	充填的焊剂成份(wt％)
	充填的焊剂成份(wt％)											脱氧剂合金剂					造渣剂			电弧稳定剂		其他
	Si	Mn	Mg	Cr	Mo	TiO₂	ZrO₂	Al₂O₃	Na	K		脱氧剂合金剂					造渣剂			电弧稳定剂		其他
	Si	Mn	Mg	Cr	Mo	TiO₂	ZrO₂	Al₂O₃	Na	K		F1	0.6	2.3	0.3	-	-	5.5	0.9	0.3	0.05	0.06	5.3
F2	0.4	3.5	0.2	-	-	6.8	0.6	0.3	0.04	0.07	5.2	F1	0.6	2.3	0.3	-	-	5.5	0.9	0.3	0.05	0.06	5.3
F2	0.4	3.5	0.2	-	-	6.8	0.6	0.3	0.04	0.07	5.2	F3	0.7	2.0	0.5	-	-	5.6	0.5	0.2	0.17	0.10	5.5
F4	1.1	1.2	0.9	0.5	0.5	3.1	0.5	0.9	0.03	0.02	5.7	F3	0.7	2.0	0.5	-	-	5.6	0.5	0.2	0.17	0.10	5.5
F4	1.1	1.2	0.9	0.5	0.5	3.1	0.5	0.9	0.03	0.02	5.7	F5	0.1	0.6	0.3	-	-	5.0	0.6	0.3	0.04	0.06	8.0
F6	1.3	1.8	1.5	-	0.5	5.2	0.5	0.3	0.05	0.06	3.8	F5	0.1	0.6	0.3	-	-	5.0	0.6	0.3	0.04	0.06	8.0
F6	1.3	1.8	1.5	-	0.5	5.2	0.5	0.3	0.05	0.06	3.8	F7	0.5	4.5	0.6	-	-	6.0	0.4	0.3	0.18	0.20	2.3
F8	0.5	2.0	0.05	-	-	6.3	0.4	0.3	0.01	0.01	5.4	F7	0.5	4.5	0.6	-	-	6.0	0.4	0.3	0.18	0.20	2.3
F8	0.5	2.0	0.05	-	-	6.3	0.4	0.3	0.01	0.01	5.4	F9	0.6	2.5	0.5	-	0.5	2.0	0.5	0.3	0.05	0.06	8.0
F10	0.7	2.3	0.4	-	0.5	9.2	0.6	0.3	0.04	0.07	0.9	F9	0.6	2.5	0.5	-	0.5	2.0	0.5	0.3	0.05	0.06	8.0
F10	0.7	2.3	0.4	-	0.5	9.2	0.6	0.3	0.04	0.07	0.9	F11	0.5	2.5	0.4	-	0.2	5.2	0.3	0.3	0.05	0.06	5.5
F12	0.6	2.5	0.5	-	0.5	5.5	1.3	0.3	0.04	0.06	3.7	F11	0.5	2.5	0.4	-	0.2	5.2	0.3	0.3	0.05	0.06	5.5
F12	0.6	2.5	0.5	-	0.5	5.5	1.3	0.3	0.04	0.06	3.7	F13	0.6	2.5	0.5	-	0.5	5.1	0.4	0.05	0.05	0.06	5.2
F14	0.7	2.3	0.4	-	0.5	6.0	0.5	1.45	0.04	0.06	3.1	F13	0.6	2.5	0.5	-	0.5	5.1	0.4	0.05	0.05	0.06	5.2

注：其他为TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃以外的造渣剂及铁粉

表8

项目	No.	坡口形状					钢粒或铁粉
		坡口形状					钢粒或铁粉			板厚(mm)	形状	角度(°)	钝边(mm)	间隙(mm)	种类	尺寸	散布量(mm)
		本发明例	1	12	V	65	-	1	钢粒	板厚(mm)	形状	角度(°)	钝边(mm)	间隙(mm)	种类	尺寸	散布量(mm)	1mmφ×1mm	6
2	16		1	12	V	65	-	1	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8		1mmφ×1mm	6
2	16		3	20	V	60	-	1	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	9
4	25		3	20	V	60	-	1	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	7	1mmφ×1mm	9
4	25		5	16	V	40	-	1	铁粉	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	7	＜500μm	7
6	25		5	16	V	40	-	1	铁粉	Y	35	2	0	铁粉	＜500μm	12	＜500μm	7
6	25		7	25	Y	50	2	1	钢粒	Y	35	2	0	铁粉	＜500μm	12	1mmφ×1mm	10
8	20		7	25	Y	50	2	1	钢粒	V	30	-	1	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	10
8	20		比较例	9	12	V	25	-	0	V	30	-	1	钢粒	1mmφ×1mm	8	钢粒	1mmφ×1mm	5
10	16	V		9	12	V	25	-	0	70	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8		钢粒	1mmφ×1mm	5
10	16	V		11	16	V	50	-	0	70	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	钢粒	1mmφ×1mm	3
12	12	V		11	16	V	50	-	0	50	-	1	钢粒	1mmφ×1mm	9	钢粒	1mmφ×1mm	3
12	12	V		13	16	V	50	-	0	50	-	1	钢粒	1mmφ×1mm	9	钢粒	1mmφ×1mm	8
14	16	V		13	16	V	50	-	0	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	钢粒	1mmφ×1mm	8
14	16	V		15	16	V	50	-	0	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	钢粒	1mmφ×1mm	8
16	16	V		15	16	V	50	-	0	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	钢粒	1mmφ×1mm	8

注：No.1～3，No.6～28使用固体陶瓷垫块

No.4使用与玻璃纤维带并用的铜板垫块

No.5使用带焊剂的铜垫块

No.1～3在与焊接线垂直的方向，与被焊板材表面平行地摇动焊炬

No.4～28在与焊接线垂直的方向，与水平平行地摇动焊炬

No.1～4及No.9～14对先后焊接两个电极实行双重气体保护

No.5～8及No.15～27只对先焊接电极实行双重气体保护

只对No.28采取向来使用的气体保护方法

表9

项目	No.	坡口形状					钢粒或铁粉
		坡口形状					钢粒或铁粉			板厚(mm)	形状	角度(°)	钝边(mm)	间隙(mm)	种类	尺寸	散布量(mm)
		比较例	17	16	V	50	-	0	钢粒	板厚(mm)	形状	角度(°)	钝边(mm)	间隙(mm)	种类	尺寸	散布量(mm)	1mmφ×1mm	8
18	16		17	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8		1mmφ×1mm	8
18	16		19	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
20	16		19	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
20	16		21	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
22	16		21	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
22	16		23	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
24	16		23	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
24	16		25	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
26	16		25	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
26	16		27	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8
28	16		27	16	V	50	-	0	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	8

注：No.1～3，No.6～28使用固体陶瓷垫块

No.4使用与玻璃纤维带并用的铜板垫块

No.5使用带焊剂的铜垫块

No.4～28在与焊接线垂直的方向，与水平平行地摇动焊炬

No.1～4及No.9～14对先后焊接两个电极实行双重气体保护

No.5～8及No.15～27只对先焊接电极实行双重气体保护

只对No.28采取向来使用的气体保护方法

表10

项目	No.	曲面状态倾斜角度				电极	极间距离(mm)	电焊条
		曲面状态倾斜角度						电焊条		起始部		末端部		种类	尺寸(mm)
		倾斜	旋转	倾斜	旋转					起始部		末端部
		倾斜	旋转	倾斜	旋转			本发明例	1	0	5	10	5			L	300	W1	1.4
T	F1	1.2														L		W1	1.4
T	F1	1.2	2	0	5	10	10							L	300	W1		1.6
T	F2	1.6												L		W1		1.6
T	F2	1.6							3	5	5	10	5	L		200	W2	1.6
T	F3	1.6												L			W2	1.6
T	F3	1.6	4	0	5	10	10							L	100		W1	2.0
T	F4	2.0												L			W1	2.0
T	F4	2.0							5	0	5	10	5	L		600	W2	1.6
T	F2	1.6												L			W2	1.6
T	F2	1.6	6	0	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F4	2.0												L			W1	1.6
T	F4	2.0							7	0	5	10	10	L		300	W1	1.6
T	F3	1.6												L			W1	1.6
T	F3	1.6	8	5	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F2	1.6												L			W1	1.6
T	F2	1.6							比较例	9	0	5	10	10		L	300	W1	1.4
T	F5	1.6														L		W1	1.4
T	F5	1.6	10	0	5	10	10	L							300	W1		1.6
T	F6	1.6						L								W1		1.6
T	F6	1.6						11		0	5	10	10	L		300	W2	1.6
T	F2	1.6												L			W2	1.6
T	F2	1.6	12	0	5	10	10							L	300		W1	1.4
T	F1	1.2												L			W1	1.4
T	F1	1.2						13		0	5	10	10	L		300	W1	1.6
T	F7	1.6												L			W1	1.6
T	F7	1.6	14	0	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F8	1.6												L			W1	1.6
T	F8	1.6						15		0	5	10	10	L		300	W1	1.6
T	F2	1.6												L			W1	1.6
T	F2	1.6	16	5	5	10	5							L	300		W1	1.6
T	F1	1.6												L			W1	1.6

注：No.1～3，No.6～28使用固体陶瓷垫块

No.4使用与玻璃纤维带并用的铜板垫块

No.5使用带焊剂的铜垫块

No.4～28在与焊接线垂直的方向，与水平平行地摇动焊炬

No.1～4及No.9～14对先后焊接两个电极实行双重气体保护

No.5～8及No.15～27只对先焊接电极实行双重气体保护

只对No.28采取向来使用的气体保护方法

表11

项目	No.	曲面状态倾斜角度				电极	极间距离(mm)	电焊条
		曲面状态倾斜角度						电焊条		起始部		末端部		种类	尺寸(mm)
		倾斜	旋转	倾斜	旋转					起始部		末端部
		倾斜	旋转	倾斜	旋转			比较例	17	0	5	10	10			L	300	W2	1.6
T	F3	1.6														L		W2	1.6
T	F3	1.6	18	0	5	10	5							L	300	W1		1.6
T	F1	1.6												L		W1		1.6
T	F1	1.6							19	0	5	10	10	L		300	W1	1.6
T	F2	1.6												L			W1	1.6
T	F2	1.6	20	0	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F1	1.6												L			W1	1.6
T	F1	1.6							21	5	5	10	10	L		70	W1	1.6
T	F1	1.6												L			W1	1.6
T	F1	1.6	22	0	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F9	1.6												L			W1	1.6
T	F9	1.6							23	5	5	10	5	L		300	W1	1.6
T	F10	1.6												L			W1	1.6
T	F10	1.6	24	0	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F11	1.6												L			W1	1.6
T	F11	1.6							25	0	5	10	5	L		300	W1	1.6
T	F12	1.6												L			W1	1.6
T	F12	1.6	26	0	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F13	1.6												L			W1	1.6
T	F13	1.6							27	0	5	10	10	L		300	W1	1.6
T	F14	1.6												L			W1	1.6
T	F14	1.6	28	0	5	10	10							L	300		W1	1.6
T	F1	1.6												L			W1	1.6

注：No.1～3，No.6～28使用固体陶瓷垫块

No.4使用与玻璃纤维带并用的铜板垫块

No.5使用带焊剂的铜垫块

No.4～28在与焊接线垂直的方向，与水平平行地摇动焊炬

No.1～4及No.9～14对先后焊接两个电极实行双重气体保护

No.5～8及No.15～27只对先焊接电极实行双重气体保护

只对No.28采取向来使用的气体保护方法

表12

项目	No.	焊接条件			焊接结果				综合评价
		焊接条件			焊接结果					电流密度(A/mm²)	电极摇动		表面焊蚕外观	背面焊蚕外观	有无裂纹	冲击值vEO(J)
		次数(次分)	幅度(mm)								电极摇动
		次数(次分)	幅度(mm)	本发明例	1	230	70	5			良好	良好					无	62	○
180	100	7				230	70	5
180	100	7	2			270	140	6	良好	良好			无	65	○
160	70	8				270	140	6
160	70	8			3	280	50	8			良好	良好				无	60	○
200	90	10				280	50	8
200	90	10	4			230	110	10	良好	良好			无	70	○
230	80	15				230	110	10
230	80	15			5	270	100	5			良好	良好				无	58	○
160	70	7				270	100	5
160	70	7	6			290	90	8	良好	良好			无	72	○
230	100	12				290	90	8
230	100	12			7	280	80	8			良好	良好				无	82	○
250	80	11				280	80	8
250	80	11	8			290	100	6	良好	良好			无	74	○
160	40	9				290	100	6
160	40	9			比例例	9	230	70			5	发生气孔不良				发生气孔不良	-	-	×
180	100	7					230	70			5
180	100	7	10	270			120	7	坡口宽不良	良好	无		24	×
160	70	13		270			120	7
160	70	13		11		280	80	5				发生熔蚀			发生熔蚀	-	-	×
170	70	10				280	80	5
170	70	10	12			230	100	5	良好	不良	-		-	×
160	70	7				230	100	5
160	70	7		13		280	90	5				发生气孔			良好	-	-	×
170	90	8				280	90	5
170	90	8	14			280	90	5	良好	良好	无		20	×
170	90	8				280	90	5
170	90	8		15		180	90	5				良好			不良	无	-	×
170	90	8				180	90	5
170	90	8	16			280	90	5	不良	良好	无		-	×
130	90	8				280	90	5

注：No.1～3，No.6～28使用固体陶瓷垫块

No.4使用与玻璃纤维带并用的铜板垫块

No.5使用带焊剂的铜垫块

No.4～28在与焊接线垂直的方向，与水平平行地摇动焊炬

No.1～4及No.9～14对先后焊接两个电极实行双重气体保护

No.5～8及No.15～27只对先焊接电极实行双重气体保护

只对No.28采取向来使用的气体保护方法

表13

项目	No.	焊接条件			焊接结果				综合评价
		焊接条件			焊接结果					电流密度(A/mm²)	电极摇动		表面焊蚕外观	背面焊蚕外观	有无裂纹	冲击值vEO(J)
		次数(次/分)	幅度(mm)								电极摇动
		次数(次/分)	幅度(mm)	比较例	17	280	35	5			良好	不良					有	-	×
170	90	8				280	35	5
170	90	8	18			280	110	5	不良	良好			无	-	×
170	25	8				280	110	5
170	25	8			19	280	160	5			良好	不良				无	-	×
170	90	8				280	160	5
170	90	8	20			280	90	5	不良	良好			无	-	×
170	130	8				280	90	5
170	130	8			21	280	90	5			电弧不稳定，不良	发生熔蚀				有	-	×
170	90	8				280	90	5
170	90	8	22			280	90	5	不良	良好			无	-	×
170	90	8				280	90	5
170	90	8			23	280	90	5			良好	良好				无	23	×
170	90	8				280	90	5
170	90	8	24			280	90	5	溅射多，不良	良好			无	-	×
170	90	8				280	90	5
170	90	8			25	280	110	5			发生包渣	良好				无	-	×
170	90	8				280	110	5
170	90	8	26			280	100	5	不良	良好			无	-	×
170	90	8				280	100	5
170	90	8			27	280	90	5			发生包渣	良好				无	-	×
170	90	8				280	90	5
170	90	8	28			280	90	5	溅射发生量多	-			-	-	×
170	90	8				280	90	5

注：No.1～3，No.6～28使用固体陶瓷垫块

No.4使用与玻璃纤维带并用的铜板垫块

No.5使用带焊剂的铜垫块

No.4～28在与焊接线垂直的方向，与水平平行地摇动焊炬

No.1～4及No.9～14对先后焊接两个电极实行双重气体保护

No.5～8及No.15～27只对先焊接电极实行双重气体保护

只对No.28采取向来使用的气体保护方法

表14

钢种	板厚(mm)	化学成份(％)
		化学成份(％)						C	Si	Mn	P	S	V
		低温用钢KE32	16	0.15	0.35	1.35	0.011	C	Si	Mn	P	S	V	0.010	0.05

表15

No.	充填焊剂成份
	充填焊剂成份																脱氧剂合金剂										造渣			电弧稳定剂		其他
	Si	Mn	Mg	Ni	Cr	Mo	Al	Ti	Zr	B	TiO₂	ZrO₂	Al₂O₃	Na	K		脱氧剂合金剂										造渣			电弧稳定剂
	Si	Mn	Mg	Ni	Cr	Mo	Al	Ti	Zr	B	TiO₂	ZrO₂	Al₂O₃	Na	K	F15	0.6	2.2	0.3	2.5	-	-	0.20	0.15	-	0.003	5.6	0.5	0.3	0.05	0.06		5.2
F16	0.5	2.1	0.6	0.5	-	-	-	0.03	-	0.012	5.7	0.6	0.3	0.04	0.07	F15	0.6	2.2	0.3	2.5	-	-	0.20	0.15	-	0.003	5.6	0.5	0.3	0.05	0.06	4.6	5.2
F16	0.5	2.1	0.6	0.5	-	-	-	0.03	-	0.012	5.7	0.6	0.3	0.04	0.07	F17	0.6	2.0	0.5	1.5	-	-	-	0.05	-	0.010	5.6	0.5	0.2	0.07	0.06	4.6	3.9
F18	0.7	2.3	0.4	0.3	0.5	0.5	-	0.08	0.05	0.008	4.3	0.5	0.4	0.05	0.06	F17	0.6	2.0	0.5	1.5	-	-	-	0.05	-	0.010	5.6	0.5	0.2	0.07	0.06	5.2	3.9
F18	0.7	2.3	0.4	0.3	0.5	0.5	-	0.08	0.05	0.008	4.3	0.5	0.4	0.05	0.06	F19	0.6	2.5	0.5	0.2	-	0.5	0.15	0.05	-	0.010	5.2	0.4	0.3	0.05	0.06	5.2	4.6
F20	0.7	2.3	0.4	3.5	-	0.5	-	0.05	-	0.010	5.5	0.5	0.3	0.04	0.06	F19	0.6	2.5	0.5	0.2	-	0.5	0.15	0.05	-	0.010	5.2	0.4	0.3	0.05	0.06	1.1	4.6
F20	0.7	2.3	0.4	3.5	-	0.5	-	0.05	-	0.010	5.5	0.5	0.3	0.04	0.06	F21	0.5	2.5	0.4	0.4	-	0.2	-	0.01	-	0.010	5.5	0.5	0.3	0.05	0.06	1.1	5.0
F22	0.6	2.5	0.5	0.5	-	0.5	-	0.25	-	0.010	5.1	0.5	0.3	0.05	0.06	F21	0.5	2.5	0.4	0.4	-	0.2	-	0.01	-	0.010	5.5	0.5	0.3	0.05	0.06	4.1	5.0
F22	0.6	2.5	0.5	0.5	-	0.5	-	0.25	-	0.010	5.1	0.5	0.3	0.05	0.06	F23	0.5	2.5	0.4	2.0	-	0.5	-	0.18	-	0.001	5.1	0.5	0.3	0.04	0.06	4.1	5.1
F24	0.6	2.5	0.5	0.5	-	0.2	-	0.12	-	0.020	6.0	0.6	0.3	0.05	0.06	F23	0.5	2.5	0.4	2.0	-	0.5	-	0.18	-	0.001	5.1	0.5	0.3	0.04	0.06	3.7	5.1

注：其他为TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃以外的造渣剂及铁粉

表16

项目	No.	坡口形状					钢粒或铁粉
		坡口形状					钢粒或铁粉			板厚(mm)	形状	角度(°)	钝边(mm)	间隙(mm)	种类	尺寸	散布量(mm)
		本发明例	29	16	V	50	-	1	钢粒	板厚(mm)	形状	角度(°)	钝边(mm)	间隙(mm)	种类	尺寸	散布量(mm)	1mmφ×1mm	6
30	16		29	16	V	50	-	1	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8		1mmφ×1mm	6
30	16		31	16	V	60	-	1	钢粒	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	1mmφ×1mm	9
32	16		31	16	V	60	-	1	钢粒	Y	50	2	0	钢粒	1mmφ×1mm	7	1mmφ×1mm	9
32	16		33	16	V	40	-	1	铁粉	Y	50	2	0	钢粒	1mmφ×1mm	7	＜500μm	7
比较例	34		33	16	V	40	-	1	铁粉	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	＜500μm	7	8
	34	35	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8		8
	36	35	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	8
	36	37	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	8
	38	37	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	8
	38	39	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	16	V	50	-	0	钢粒	1mmφ×1mm	8	8

注：No.29～31、No.34～39使用固态陶瓷垫块

No.32使用铜板与玻璃纤维带并用的垫块

No.33使用带焊剂垫块

No.29～30在与焊接垂直的方向，与被焊接材料板面平行地使焊炬摇动

No.31～39在与焊接线垂直的方向，与水平面平行地使焊炬摇动

表17

项目	No.	曲面状态倾斜角度				电极	极间距离(mm)	电焊条
		曲面状态倾斜角度						电焊条		起始部		末端部		种类	尺寸(mm)
		倾斜	旋转	倾斜	旋转					起始部		末端部
		倾斜	旋转	倾斜	旋转			本发明例	29	0	5	10	5			L	300	W1	1.4
T	F15	1.2														L		W1	1.4
T	F15	1.2	30	0	5	10	10							L	300	W1		1.6
T	F16	1.6												L		W1		1.6
T	F16	1.6							31	5	5	10	5	L		200	W1	1.6
T	F17	1.6												L			W1	1.6
T	F17	1.6	32	0	5	10	10							L	150		W1	2.0
T	F18	2.0												L			W1	2.0
T	F18	2.0							33	0	5	10	5	L		500	W1	1.6
T	F17	1.6												L			W1	1.6
T	F17	1.6	比较例	34	0	5	10							10	L		300	W1	1.6
T	F19	1.6													L			W1	1.6
T	F19	1.6						35	0	5	10	10	L		300	W1		1.6
T	F20	1.6											L			W1		1.6
T	F20	1.6		36	0	5	10						10	L		300	W1	1.6
T	F21	1.6												L			W1	1.6
T	F21	1.6						37	0	5	10	10		L	300		W1	1.6
T	F22	1.6												L			W1	1.6
T	F22	1.6		38	0	5	10						10	L		300	W1	1.6
T	F23	1.6												L			W1	1.6
T	F23	1.6						39	0	5	10	10		L	300		W2	1.6
T	F24	1.6												L			W2	1.6

注：No.29～31、No.34～39使用固态陶瓷垫块

No.32使用铜板与玻璃纤维带并用的垫块

No.33使用带焊剂垫块

No.31～39在与焊接线垂直的方向，与水平面平行地使焊炬摇动

表18

项目	N0.	焊接条件			焊接结果				综合评价
		焊接条件			焊接结果					电流密度(A/mm²)	电极摇动		表面焊蚕外观	背面焊蚕外观	有无裂纹	冲击植vE-20(J)
		次数(次/分)	幅度(mm)								电极摇动
		次数(次/分)	幅度(mm)		29	230	70	5			良好	良好					无	58	○
180	100	7				230	70	5
180	100	7	30			270	140	6	良好	良好			无	65	○
160	70	8				270	140	6
160	70	8			31	280	50	6			良好	良好				无	85	○
200	90	8				280	50	6
200	90	8	32			230	110	6	良好	良好			无	70	○
230	80	9				230	110	6
230	80	9			33	270	100	5			良好	良好				无	82	○
160	70	8				270	100	5
160	70	8				34	280	90	5	良好			良好	无	30				×
170	90	8					280	90	5
170	90	8		35	280		90	5	良好		良好	有					×
170	90	8			280		90	5
170	90	8			36	280	110	5		良好			良好	无	25			×
170	80	8				280	110	5
170	80	8		37		280	120	5	良好		良好	无				22	×
170	80	8				280	120	5
170	80	8			38	280	90	5		良好			良好	无	24			×
170	90	8				280	90	5
170	90	8		39		280	90	5	良好		良好	有					×
170	90	8				280	90	5

注：No.29-31、No.34-39使用固态陶瓷垫块

No.32使用铜板与玻璃纤维带并用的垫块

No.33使用带焊剂垫块

No.29-30在与焊接垂直的方向，与被焊接材料板面平行地使焊炬摇动

No.31-39在与焊接线垂直的方向，与水平面平行地使焊炬摇动

Claims

1.一种弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，具备：

具有根据X通电指令驱动的X方向移动电动机，在水平的X方向行驶的X方向移动台；

支持于X方向移动台，具有根据Y通电指令驱动的Y方向移动电动机，相对于X方向移动台，在与X方向垂直的水平的Y方向移动的Y方向移动台；

在垂直的Z方向上可升降，并且可以以垂直的Z轴为中心旋转地支持于Y方向移动台的底座；

包含根据Z通电指令驱动，在垂直的Z方向对所述底座进行升降驱动的升降电动机的Z方向升降机构；

包含根据θ通电指令驱动，驱动所述底座以垂直的Z轴为中心旋转的第1旋转电动机的θ旋转机构；

支持于所述底座，检测该旋转中心轴的延长线上的坡口的Z方向位置及与Z方向垂直的方向的位置的第1检测手段；

支持于所述底座，检测离该旋转中心轴一定距离的位置上的坡口的Z方向位置和垂直于Z方向的方向上的位置的第2检测手段(P2)；

支持于所述底座的，焊接坡口用的焊炬。

2.根据权利要求1所述的弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，还具备：

根据第1和第2检测手段的检测值，计算出横贯被焊接材料的坡口延伸方向的方向上坡口的弯曲θ’和坡口延伸方向相对于水平面的倾斜α，对应于弯曲θ’，通过θ旋转机构驱动所述底座旋转，对应于倾斜α，通过Z方向升降机构驱动所述底座升降的控制手段。

3.根据权利要求1所述的弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，还具备：

能以水平的X轴为中心旋转地支持于所述底座，并用来支持焊炬的焊炬支持框架，以及

包含根据γ通电指令，以水平轴为中心驱动焊炬支持框架旋转的第2旋转电动机的γ旋转机构。

4.根据权利要求3所述的弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，还具备：

根据第1和第2检测手段的检测值，计算出横贯被焊接材料的坡口延伸方向的方向上坡口的弯曲θ’和坡口延伸方向相对于水平面的倾斜α，对应于弯曲θ’，通过θ旋转机构驱动所述底座旋转，对应于倾斜α，通过Z方向升降机构驱动所述底座升降，对应于倾斜α，通过γ旋转机构驱动焊炬支持框架旋转的控制手段。

5.根据权利要求3所述的弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，

焊炬支持框架支持着焊炬，并且使其能够接近或离开被焊接材料；装置还具备包含根据接近或离开的通电指令驱动焊炬接近或离开的焊炬上下驱动电动机的焊炬上下移动机构。

6.根据权利要求5所述的弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，还具备：

根据第1和第2检测手段的检测值，计算出横贯被焊接材料坡口的延伸方向的方向上坡口的弯曲θ’和坡口延伸方向相对于水平面的倾斜α，对应于弯曲θ’，通过θ旋转机构驱动所述底座旋转，对应于倾斜α，通过Z方向升降机构驱动所述底座升降，对应于倾斜α，通过焊炬上下移动机构驱动焊炬接近或离开被焊接材料的控制手段。

7.根据权利要求3所述的弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，

焊炬支持框架支持焊炬，使其在连结第1检测手段和第2检测手段的纵线的垂直方向上可相对于被焊接材料往复移动；装置还具备：支持于所述底座，在与所述纵线垂直的方向上相互反向偏离，分别检测构成所述坡口的第1被焊接材料和第2被焊接材料的表面的Z方向位置的第3检测手段和第4检测手段；

包含根据摇动通电指令往复驱动焊炬的摇动驱动电动机的摇动驱动机构。

8.根据权利要求7所述的弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，还具备：

根据第1和第2检测手段的检测值，计算出横贯被焊接材料坡口延伸的方向的方向上坡口的弯曲θ’和坡口延伸方向相对于水平面的倾斜α，对应于弯曲θ’，通过θ旋转机构驱动所述底座旋转，对应于倾斜α，通过Z方向升降机构驱动所述底座升降，根据第3和第4检测手段的检测值，计算出与坡口延伸方向垂直的方向上被焊接材料相对于水平面的倾斜β，相应于倾斜度β使摇动驱动机构驱动焊炬往复摇动的振幅中心错开的控制手段。

9.一种弯曲板材的单面焊接方法，所用单面焊接装置具备：在水平的X方向移动的X方向移动台；支持于该X方向移动台，在与X方向垂直的水平的Y方向移动的Y方向移动台；在垂直的Z方向可升降，并且可以以垂直的Z轴为中心旋转地支持于Y方向移动台的底座；在垂直的Z方向对该底座进行升降驱动的Z方向升降机构；驱动所述底座以垂直的Z轴为中心旋转的θ旋转机构；支持于所述底座，检测该旋转中心轴的延长线上的坡口在Z方向上的位置及与Z方向垂直的方向上的位置的第1检测手段；支持于所述底座，检测离该旋转中心轴一定距离的位置上的坡口在Z方向上的位置和垂直于Z方向的方向上的位置的第2检测手段；以及支持于所述底座，焊接坡口用的一对气体保护焊接的焊炬；

这种使用所述一对焊炬对曲面状的被焊接材料之间的坡口进行仿形焊接的弯曲板材单面焊接方法，其特征在于，

取所述曲面状被焊接材料的、对内表面进行了定位焊的“V”字形或“Y”字形坡口的坡口角度为30～65度，

在坡口的背面衬垫板，在该坡口内充填钢粒或铁粉到被焊接板材厚度的1/4以上，2/3以下的高度，

取所述一对气体保护电弧焊接焊炬的电极电焊条之间的间距为100毫米以上，600毫米以下，

对电极电焊条进行摇动驱动，使先电极电焊条以40次/分～150次/分摇动，而使后面焊接电极电焊条以30次/分～120次/分摇动。

10.根据权利要求9所述的弯曲板材的单面焊接方法，其特征在于，后焊接电极电焊条是带有焊剂的电焊条，所充填焊剂包含的各种成份相对于电焊条总重量所占的重量百分比为：

TiO₂： 2.5％～7.0％

ZrO₂： 0.4％～1.0％

Al₂O₂：0.1％～1.0％

Si： 0.2％～1.2％

Mn： 1.0％～4.0％

Mg： 0.1％～1.0％，

并且所含Na和K的一种或两种的总和为0.03％～0.3％。

11.根据权利要求10所述的弯曲板材的单面焊接方法，其特征在于，后焊接电极电焊条是带有焊剂的电焊条，所填充焊剂包含的各种成份相对于电焊条总重量所占的重量百分比为：

Ni： 0.3％～3.0％，

Ti： 0.02％～0.2％，

B： 0.002％～0.015％。

12.根据权利要求9所述的弯曲板材的单面焊接方法，其特征在于，至少用第1层保护气体和第2层保护气体对先焊接电极电焊条进行双重气体保护。