CN1210129C

CN1210129C - 闪光对焊方法

Info

Publication number: CN1210129C
Application number: CN 00101672
Authority: CN
Inventors: 瑟盖·I·库丘克－亚森科; 亚历山大·V·迪德科夫斯基; 米克黑尔·V·博戈尔斯基; 瓦勒里·G·科里文科; 亚历克西·I·戈里什恩亚科夫; 韦迪姆·P·科里沃诺斯
Original assignee: E O PAITON ELECTRONIC WELDING ASSOCIATION UKRAINE NATIONAL SCI ACADEMY
Current assignee: E O PAITON ELECTRONIC WELDING ASSOCIATION UKRAINE NATIONAL SCI ACADEMY
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: CN1306893A

Abstract

一种闪光对焊方法，其中机器动板的行走速度(V_t)和焊接电压(U₂)可以由预设程序改变并且行走速度可以由焊接电流通过负反馈予以控制，针对每一闪光的固定持续时间(t_m)间隔，作为前一闪光间隔期间焊接件闪光的实际平均速度(V_a)增量的函数(焊接件的平均速度在减小)，电压不连续地予以改变，而(V_a)值保持在预设水平上，低于(V_t1)。通过确定在各焊接参数应当改变或顶锻应当切换上时的、规定的闪光时段已达到(V_a)的设定水平而确定了自动改变各焊接参数和切换上顶锻的最有利时刻。

Description

闪光对焊方法

本发明涉及闪光对焊，主要涉及大截面工件的焊接，并可应用于采用闪光对焊的多种工业之中。

已知一种具有硬性的闪光速度程序控制的闪光对焊工艺方法(“闪光对接工艺与设备”勃.德.奥尔洛夫，尤.维.德米特里也夫等人，莫斯科“机械制造”1975，见第280页)，其中为焊接和顶锻的许可量作了编程。这些系统均在以下条件下可靠地从事操作，其中闪光的自身调整在一广泛的参数范围内，亦即在焊接较小截面(直至1000-1500mm²)工件和具有预热的焊接的时候得以确保。速度变更程序是借助于各凸轮装置而确定的，并且是硬性的。

按照行程编程的各系统的主要缺点是，于焊接之前需要精确制备各有待焊接的工件的末端端面。焊接之前工件的不精确定位、工件间的不一致间隙、边沿制备的几何尺寸变化，所有这些偏差都要适当地校正最佳闪光预留量和改变所确定的程序，特别是在焊接大截面的时候，此时闪光激发过程尤其困难，而且需要高能量。

已知有一种连续闪光对焊方法，其中采用了一种电流负反馈系数，在焊接期间它随电压的改变而改变。借助这种方法的闪光过程在斯.伊.库中克-亚岑柯所编一书的第55-59页上有所说明，此书是“路轨闪光对焊设备及其操作”，基辅。“科学之家”，1974。此方法可用于大截面工件的连续闪光对焊。变压器电压和闪光速度的变化规律设定为闪光时间的函数。在采用上述方法焊接时，在焊接之初设定焊接电流负反馈系数，而在某段时间之后，在焊接电压变换时刻，改变负反馈系数。采用这一方法，负反馈系数的改变与焊接电压的改变相连系。

在此方法中，负反馈系数的改变不与被焊接工件的加热相连系。采用这一方法，各工件靠拢一起的速度和电流负反馈系数是在焊接之前设定的。在各工件触接之后，焊接电流流经焊接电路而开始闪光。闪光速度(实际靠拢速度)既由设定的各工件靠拢速度，也由电流负反馈系数予以确定。在焊接初始，当零件各末端端面很冷时，闪光过程需要高能量。当被焊接的工件受热时，焊接电流下降，如果设定的靠拢速度较低(量级为0.1-0.4mm/s)的话，降低焊接电流(由于加热被焊接的工件)可导致减少能耗和加热强度。在此情况下，加热被焊接工件的强度也随着消耗在工件加热中的能量损失由于闪光速度增大时变大而被降低。降低加热强度会使焊接时间增加。此时如果设定的工件靠拢速度很大，激发焊接过程就成问题了。在过程的初始可能过渡到短路状态。此方法在电压变换时刻会有焊接电压的降低和电流负反馈系数的变化。这一技术会稍许增大加热强度。不过，由于降低焊接电压可导致减低焊接机的设定功率以及有用功率，这一措施是不够有效的。

此方法不允许在闪光期间评估被焊接工件末端端面物理条件的变化。这就基本上影响了焊接连接的质量和形成一种坚固连接的稳定性。这一方法不会自动选定改变电压和实施顶锻的最有利时刻。

已知有一种闪光对焊方法，其中在被焊接工件已经达到规定的温度时切换为顶锻。(USSR A.C.241567)。居里点取作规定的预热温度，而采用一种测定被焊接的各末端端面的预热区大小的电磁装置来给出指令脉冲。

闪光对焊中焊接连接的质量不仅是由预热区确定，还由许多其他因素确定，例如预热区的温度场梯度、各末端端面加热温度、电源电压变化、闪光特性、加热时和顶锻前的闪光速度、顶锻值和许多其他因素。上述方法只考虑加热区的宽度，而它并末提供焊接连接质量的稳定性。

已知有一种闪光对焊方法(A.C.313628)，其中闪光过程改变为带有随后顶锻的加速闪光。闪光速度值是一种用于切换上加速闪光和顶锻的信号。

此方法并末设想出在加热阶段，亦即在最长的焊接阶段当中，控制焊接过程。

在焊接工件时，此方法并未允许评估被焊接工件的加热程度，或者在确保高质量的焊接连接最为有利时刻切换到加速闪光和顶锻操作。

已知有一种闪光对焊过程的调整方法(USSR A.C.593857)，这种调整根据由于对比表征焊接过程的参数的实际和规定值而生成的失配信号，由机器动板的动作来实现。在此情况下，在对缝中包含的能量用作表征闪光过程的参数，以便在由电压或过程的其他各种能量参数的不断出现的扰动下稳定连接的质量。

此方法提供了焊接中加热的稳定性，由于工件的加热在此情况下并不依赖于确定加热的焊接模式各参数的随机变化。

然而，在焊接大截面的零件时，被焊接工件不可能达到所需的加热，而且这种焊接过程并未设想各焊接参数(例如焊接电压、反馈系数、闪光速度)的校正。

已知有一种闪光对焊设备和方法(美国专利4101753)，主要是关于连续轧制生产线中钢带端部的闪光对焊和为实施这一方法的相应设备，其中馈进连接区的能量是连续测定的，而在规定能量值已经达到时在顶锻阶段电流被切断。此设备包括工件移动驱动、电流供给、顶锻驱动、连接到焊接变压器初级绕组里的点火接触器，和机器控制系统。此系统包括连接于闪光阶段能量测定装置的存储单元、整个焊接循环期间供给的能量与能量参考值的对比单元，以及形成接触器断开指令的输出逻辑单元。在此情况下，在顶锻阶段供给的能量大小取决于在闪光阶段供给的能量。还配置了一种装置，用于记录和储存过程每一阶段中的能量数值，以此可能评估焊接连接的质量。

此设备无论电源电压变化如何都可以向被焊接工件供给同样大小的能量。不过，在焊接中，被焊接工件的加热不仅受输入能量大小的影响，而且还受闪光特性的影响，而且此设备并未设想控制或校正各焊接参数(例如，焊接电压、反馈系数、闪光速度)。此外，它并未设想为选定顶锻实施的最为有利时刻而自动控制平均闪光速度。这就本质上影响了焊接连接的质量及坚固连接形成的稳定性。

已知有一种闪光对焊焊接机的控制电路(美国专利4383162)，目的是用以根据闪光能量来调节对焊焊接机中顶锻的起动。这一电路可以具有一些附加的元件，允许根据焊接机动板的位置调整顶锻起点。焊工能够选定顶锻起点的控制方法。此电路可以补充一些元件，用于在顶锻之前焊接循环期间控制焊接机动板的移动。

这一电路可提供焊接小截面时的加热稳定性，由于在此情况下工件加热不取决于确定加热的焊接模式各参数的随机变化。不过，加热稳定性是一种必需但不充分的用于确保连接质量稳定的条件，尤其是在使用一有限功率的能源在机器中焊接大截面工件的时候。在焊接大截面工件时，不校正各焊接参数就不可能达到被焊接工件所需的加热，而此电路并未设想校正各焊接参数(例如，焊接电压、反馈系数、闪光速度)。

一项影响连接质量的重要因素是在顶锻之前时刻的闪光速度。在此情况下，闪光速度理解为是一个表征各末端端面闪光过程的参数(每单位时间的熔化金属量)，而不是机器动板的行程。采用这一电路焊接时，可在不同的闪光速度值处发生顶锻的切换。因此，连接质量将会不同。此时，顶锻之前不充分的工件闪光速度将导致不良的连接质量。这一因素在焊接机由一有限功率的电源供能时加重了。这一点是上述方法的一项缺点。

已知有一种闪光对焊方法(日本专利L2-57785)，其中顶锻起动时刻是由聚积在被焊接工件之中的热能数量确定的，以便优化闪光对焊的模式。为此目的，来自连接于焊接变压器初级绕组的功率传感器的数据，以及来自位于焊接区之内的传感器关于在跨接突发期间自间隙飞出的火花数量的数据，都被送进焊接机的控制系统。此控制系统，在随后按照被焊接工件横截面积划分各信号之后，可确定为末端端面熔化所消耗能量的规定值和从间隙射出跨接金属时热能损失，此后，系统找出两项能量差之后，且当此值变得等于预设之值时，系统发出顶锻指令。

这一方法可确保在顶锻切换时刻输入能量的可重复性，但是由于加热受到闪光特性的影响，这不足以形成所需的稳定加热。这一过程并未设想各焊接参数的变化，例如电流反馈系数、电压等等的变化。其次，它并未设想或确定在一预设闪光速度下自动控制顶锻切换的时刻或过渡到一较高闪光速度。顶锻可以在不同闪光速度值下予以切换。因此，连接质量会有所不同。此时，顶锻之前不充分的工件闪光速度会导致连接的不良质量。这一因素当焊接机由一具有有限功率的电源供电时加重了。这一点是上述方法的一项缺点。

最为接近本申请方法的方法是被选作原型的闪光对焊方法(USSRA.C.1278154，乌克兰专利317)，其中在焊接中测定各焊接参数、设定行走速度V_t值并在焊接中改变负反馈的影响。在此情况下，负反馈的影响随着被焊接工件受热而降低。在焊接密实截面时，负反馈的影响由于负反馈系数的减小而降低。在焊接薄壁工件时，负反馈的影响由于增大机器动座的行走速度设定值而降低。被焊接工件的加热由闪光时间予以评估，而负反馈的影响随闪光时间经过而降低，或者由工件闪光的程度予以评估，而负反馈的影响随着工件闪光的增强而降低。此外，此方法设想当实际闪光速度超过设定闪光速度时负反馈的影响有某种降低。此方法还设想出负反馈的初始值降低的值正比于所消耗电能的值、闪光在一较高速度下切换和按照一预设程序顶锻。

这一方法在焊接中形成了稳定的加热，由于在此情况下工件加热不依赖于确定加热的焊接模式各参数的随机变化。

在此方法的各项缺点之中有一项是，当主要用在重型电焊设备之中时，焊接电流流动的中断可能出现在分开被焊接工件末端端面的时刻，这会造成加热效率低下。这与以下事实相关，即大型焊接机的动座具有相当大的重量，而结果是，具有很大的惯性。因此，当被焊接工件以高速离开时，动板可能移动得远过一个位置，在此位置焊接电流降低到为工件靠拢而发出信号时所对应的值。这样可导致正作闪光的各末端端面之间的接触桥路断开，以及导致出现在焊接电流方面比为维持稳定闪光所需的降低大得多的降低，或者焊接电流流动完全的中断。

这一原型的另一缺点是，工件靠拢和分开的速度是取决于流经被焊接工件的电流的数值。与此相关，可能出现以下的负面现象。在较小的工件靠拢信号下，机器的动板将相应地以较小速度向前移动，而接触桥路的形成和发展的速度，以及因而还有流经被焊接工件的电流的升高速率，也将是较小的。另一方面，在较大的使被焊接工件离开的信号下，机器的运动部件将相应地以高速向后移动，而结果是，接触桥路将很快断开和冷却，而流经被焊接工件的电流下降速率也将相应地是很高的。因此，加热被焊接工件的有效性将不足够高，由于为达到最大加热有效性，需要电流升高的最大可能速率和其下降的最小可能速率。如果此过程得以监测和控制，改变每一微小预设焊接时段中的各焊接参数，这是可以实现的。

影响连接质量一个重要因素是在顶锻之前时刻的闪光速度。在采用此方法的焊接中，可以在闪光速度的不同值下切换到顶锻操作。此方法并不提供顶锻实施最为有利时刻的自动选定。这会显著地影响焊接连接的质量和一种坚固连接的生产稳定性。因此，连接的质量将是不同的。这时，不足的闪光速度值将导致不良的连接质量。

本发明通过强化被焊接工件的加热、降低闪光预留量、整个过程的自动化和焊成连接质量的稳定化而解决了提高闪光焊接效率的问题。

本发明的本质在于，在所申请的闪光对焊的方法中，机器动板的行走速度(V_t)和焊接电压(U₂)(由预设程序)予以改变，而行走速度通过负反馈受到焊接电流影响，电压则能对每一闪光的固定持续时间t_m间隔，作为前一闪光间隔期间焊接件闪光的实际平均速度(V_a)增量的函数(焊接件的平均速度在减小)，不连续地予以改变，而V_a值保持在当前水平上，低于V_t。

在焊接大型密实截面时，以及在以具有有限功率的机器焊接时，本申请的闪光对焊方法，针对每一规定的闪光持续时间t_m间隔、作为前一闪光间隔期间V_a增量的函数，提供了以不连续方式改变负反馈系数。

另外，为了在已经达到设定的间隔数量之后，于顶锻之前快速过渡到较高速度，本发明还设想出，增大U₂值和减小负反馈系数到设定值，直至闪光速度已经达被切换到顶锻时的速度V_f的固定值为止，或者在传递到被焊零件接合端的热量最佳值Q_m的设定值已经达到时，增大U₂和减小负反馈系数到设定值，这些值保持不变，直至顶锻被切换上为止。

本发明通过确定在一固定的闪光时期中达到固定水平的V_a而确定了自动改变各焊接参数和切换上顶锻的最有利时刻，在此时刻必需改变各焊接参数或切换上顶锻操作。

所提出的闪光对焊方法允许焊接过程完全自动化，使被焊接工件的加热稳定，和通过焊接过程的自身调整即使在电源电压波动，以及在焊机电路的阻抗变化时也形成稳定高质的焊接对接。

分析一下类似方法(其他具有类似特点的已知解决办法)、所述原型和所提出的方法，可以注意到，所提出的方法的特征在于新颖性和一些基本差异，其使得能够达到设定的目标。

所提出的闪光对焊方法已经以K190型机器在实验室中焊接R65钢轨时作了试验。

确定行程的信号值设定得以致机器动座的空载行走速度等于1.8mm/s，并在此使用了焊接电流负反馈。负反馈系数用实验方法选定，以致在焊接电流为10000A时，在激发起过程的初始时刻，动座靠拢速度是零。实际闪光速度在闪光过程期间、每一固定闪光间隔1秒中不连续地予以测定。当实际闪光速度达到0.5mm/s值时，负反馈系数以步进方式予以改变。步长被选定得使得在零闪光速度下电流值升高2500A，而实际平均速度不超过0.5mm/s。当实际闪光速度超过0.5m/s时，自动实现负反馈系数的改变。在焊接电流已经达到40000A之后，为了形成被焊接工件所需的预热，焊接电压降低1V和负反馈系数改变得使得实际平均闪光速度不超过0.5mm/s这一速度。在对接已耗用3kWh之后，焊接电压自动地增大到高达7V，而负反馈系数减低下来。当闪光速度已经达到1.2mm/s，进行顶锻。

在采用此过程的焊接中，焊接持续时间为75S。闪光预留量为12mm。在试验期间，焊接连接显示出的稳定性和质量均优于采用已知各种焊接方法焊接时所得到的。

Claims

1.一种闪光对焊方法，其中机器动板的行走速度(V_t)和焊接电压(U₂)可以由预设程序予以改变并且行走速度可以由焊接电流通过负反馈予以控制，其特征在于，将整个焊接过程分成若干周期为(t_m)的时段，在每一时段内测量该时段机器动板的实际平均速度(V_a)，当其超过设定值时，针对每一闪光固定的持续时间t_m间隔，作为前一闪光间隔期间焊接件闪光的实际平均速度(V_a)的增量的函数，电压按阶段地予以改变。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每一预设的闪光持续时间(t_m)间隔，作为前一闪光间隔期间实际平均速度(V_a)的增量的函数，负反馈的系数按阶段地予以改变。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在已经达到设定的间隔数量以后，增大(U₂)值和减小负反馈系数，使其分别达到各自的相应设定值。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在传递到被焊零件接合端的热量已经达到传递到被焊零件接合端的热量的最佳设定值(Q_m)之后，增大(U₂)和减小负反馈系数，使其分别达到各自的相应设定值。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在闪光的最后阶段中，当实际平均速度(V_a)已经达到(V_a)的规定值之后，顶锻被切换上。