專利名稱：消耗電極式電弧焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用二氧化碳通過脈沖電弧進(jìn)行焊接的消耗電極式電弧焊接方法，特別涉及謀求電弧開始時(shí)的電弧穩(wěn)定性的消耗電極式電弧焊接方法。
背景技術(shù)：
以往，在消耗電極式電弧焊接方法中，從焊接開始時(shí)，在與主焊接相同的脈沖條件下，施加脈沖焊接電流進(jìn)行電弧焊接。也就是說，電弧開始時(shí)的脈沖條件與主焊接的脈沖條件相同。這樣，如果在電弧開始時(shí)，在與主焊接相同的脈沖條件下施加電流，則電弧開始時(shí)的電弧不穩(wěn)定，有時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的短路。由此，有以下的問題隨著濺射增大，發(fā)生電弧中斷 (電弧的暫時(shí)停止)等。因此，在日本特開2000-670號(hào)中，為了短時(shí)間解除電弧開始時(shí)不規(guī)律地產(chǎn)生的短路，抑制電弧中斷，使電弧盡快地穩(wěn)定，公開了以下的電弧開始方法，其包括第一步驟，在焊接開始以后的規(guī)定時(shí)間(第一時(shí)間)內(nèi)，將焊接電流的設(shè)定值設(shè)置為比主焊接時(shí)低的值； 以及第二步驟，在經(jīng)過第一時(shí)間后，使焊接電流的設(shè)定值增加到主焊接時(shí)的值，其中，從焊接開始，到在第二步驟的焊接電流的設(shè)定值的增加過程中焊接電流的設(shè)定值成為規(guī)定的設(shè)定值的第一點(diǎn)為止，停止脈沖的輸出。但是，在上述專利公報(bào)所記載的現(xiàn)有技術(shù)中，從上述第一步驟的開始到第二步驟的第一點(diǎn)，因焊接金屬量和熔入深度方面，是與主焊接不同的啟動(dòng)期間，雖然具有在短時(shí)間內(nèi)解除短路的目的，但作為這樣的啟動(dòng)期間，需要規(guī)定的期間。在圓柱和管道等的圓形焊接中，在焊接質(zhì)量上原本需要以主焊接對(duì)包含開始部的全部焊接線進(jìn)行焊接，但在現(xiàn)有技術(shù)中，該啟動(dòng)期間長(zhǎng)成為開始部的焊接質(zhì)量降低的原因。另外，在平板的焊接的情況下，通過在焊接始端部設(shè)置作為虛設(shè)物的引板，能夠確保始端部的焊接質(zhì)量，但在圓形焊接的情況下，無法使用引板。另外，使用了代替引板的直接焊接與圓形焊接同樣，電弧開始部分也成為主焊接。這樣，第一步驟和第二步驟的期間是無法期待基于電弧的熔敷金屬的生成和熔深的區(qū)間，因此，在開始部成為主焊接的一部分的焊縫處，存在難以確保開始部的穩(wěn)固的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的問題進(jìn)行的，其目的在于提供一種消耗電極式電弧焊接方法，在電弧的啟動(dòng)區(qū)間，防止電弧中斷、以及接觸片(contact chip)與焊絲的熔接，使電弧盡快地穩(wěn)定，同時(shí)能夠迅速地得到合適的焊道形狀和熔深。本發(fā)明所涉及的消耗電極式電弧焊接方法以二氧化碳為保護(hù)氣，其包括在電弧啟動(dòng)后，以利用了恒電壓特性的短路過渡形式進(jìn)行電弧焊接的第一步驟；然后，將焊接電流提高到熔珠過渡形式的電流范圍，仍然在恒電壓特性下進(jìn)行電弧焊接的第二步驟；然后，在形成了熔化池的狀態(tài)下，將焊接電流切換到脈沖電流，以熔珠過渡形式進(jìn)行電弧焊接的第三步驟。優(yōu)選在該消耗電極式電弧焊接方法中，上述第一步驟以如下的條件進(jìn)行焊接，其設(shè)定條件是焊接電流為100 200A、電弧電壓為15 27V、持續(xù)時(shí)間為0. 1 1. 0秒。另外，優(yōu)選上述第二步驟以如下的條件進(jìn)行焊接，其設(shè)定條件是焊接電流為 240 350A、電弧電壓為29 38V、持續(xù)時(shí)間為0. 8 3. 0秒。進(jìn)而，優(yōu)選上述第三步驟以如下的條件進(jìn)行焊接，其設(shè)定條件是平均焊接電流為 220 340A、電弧電壓為32 39V。此外，還可以包括在上述第三步驟的脈沖電弧焊接后，使電流值降低，以利用了恒電壓特性的短路過渡形式對(duì)焊口部進(jìn)行電弧焊接的第四步驟。根據(jù)本發(fā)明，在第一步驟中是短路過渡，切斷通常的電弧啟動(dòng)。然后，在第二步驟中，進(jìn)入熔珠過渡的主焊接，但在第二步驟中，不使用脈沖電流，而是利用恒電壓特性進(jìn)行電弧焊接。通過在該恒電壓特性的熔珠過渡形式下的電弧焊接，確保熔入深度，在形成了熔化池的狀態(tài)下，進(jìn)入基于第三步驟的脈沖電流的主焊接。因此，從第二步驟開始能夠期待通過熔珠過渡而形成熔敷金屬，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠縮短從電弧啟動(dòng)到主焊接的過渡時(shí)間。 另外，在第二步驟中，由于不是脈沖焊接而是利用了恒電壓特性的焊接，所以能夠防止電弧中斷、接觸焊嘴與焊絲的熔接，使電弧盡早地穩(wěn)定，并且能夠得到合適的焊道形狀，可得到充分的熔深，因此，能夠平滑地轉(zhuǎn)移到第三步驟。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的焊接電流和焊絲送給速度的圖形的圖。圖2是表示現(xiàn)有的消耗電極式電弧焊接方法中的焊絲送給速度的圖形的圖。圖3是表示通過圖2進(jìn)行焊接的情況下的電弧中斷發(fā)生的波形圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式的焊接電流和焊接電壓的波形圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式的焊接電流和焊接電壓的波形圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式的焊接電流和焊接電壓的波形圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式的焊接電流和焊接電壓的波形圖。圖8是通過圖2進(jìn)行焊接的情況下的焊接電流和焊接電壓的波形圖。
具體實(shí)施例方式以下，參考附圖具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式。本實(shí)施方式是基于使用了二氧化碳的消耗電極式電弧焊接的自動(dòng)焊接方法。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的消耗電極式電弧焊接方法的焊接電流和焊絲的送給速度的時(shí)間過程的圖，橫軸是時(shí)間，縱軸是送給速度和焊接電流，表示上述時(shí)間過程。首先，在第一步驟中，通過焊絲的接觸，啟動(dòng)電弧。該第一步驟是利用恒電壓特性的焊接，電流值相對(duì)較低，在短路過渡中形成電弧。例如，該第一步驟中的焊接電流是 100 200A，電弧電壓是15 27V，電弧啟動(dòng)后的持續(xù)時(shí)間是0. 1 1. 0秒的微小時(shí)間。接著，在經(jīng)過了該第一步驟后，將焊接電流的設(shè)定值設(shè)定為主焊接對(duì)應(yīng)的熔珠 (globule)過渡形式的電流范圍內(nèi)的規(guī)定值，進(jìn)入到進(jìn)行利用恒電壓特性的電弧焊接的第二步驟。例如，該第二步驟中的焊接電流是240 350A的高電流區(qū)域，電弧電壓是29 38V。該第二步驟的持續(xù)時(shí)間是0.8 3. O秒。在該第二步驟開始時(shí)，還沒有穩(wěn)定地形成熔化池。但是，由于該第二步驟的焊接是與利用了恒電壓特性的主焊接相當(dāng)?shù)暮附?，所以可得到充分的熔深，電弧穩(wěn)定，從而穩(wěn)定地形成熔化池。在現(xiàn)有的消耗電極式電弧焊接方法中，如圖2所示那樣，在產(chǎn)生電弧后，馬上以主焊接的脈沖電流和焊絲送給條件開始執(zhí)行。在該情 況下，在產(chǎn)生電弧后馬上生成熔化池，但在直到電弧穩(wěn)定為止的時(shí)間內(nèi)，電弧長(zhǎng)度由于脈沖電流而容易出現(xiàn)很大的變化，有可能電弧被中途切斷而產(chǎn)生圖3和圖8所示的電弧中斷，造成因燒接(burn back)引起的焊嘴與焊絲的熔接、以及大量的濺射產(chǎn)生等。另外，在圖3和圖8中，下方的波形是焊接電流，上方的波形是焊接電壓。如該圖3和圖8所示那樣，在電弧啟動(dòng)初期，產(chǎn)生了焊接電流為0的電弧中斷。脈沖電弧焊接的電弧啟動(dòng)時(shí)的焊絲送給速度在產(chǎn)生電弧后，從焊絲與母材接觸前的減速速度切換為規(guī)定的送給速度，來進(jìn)行焊接。在脈沖磁焊接中，由于是噴涂過渡，所以脈沖頻率是幾百Hz，容易從該控制周期的高度得到良好的啟動(dòng)性能，但在使用了二氧化碳的消耗電極式脈沖電弧焊接方法中，由于是熔珠過渡，所以控制周期是幾十 IOOHz左右， 電弧啟動(dòng)時(shí)的熔化平衡容易失調(diào)。因此，產(chǎn)生圖8所示的“電弧中斷”和“電弧長(zhǎng)度波動(dòng)”。與此相對(duì)，在本發(fā)明中，在電弧啟動(dòng)的第一步驟之后，在第二步驟中，以主焊接的電流或與其接近(相當(dāng))的電流值，進(jìn)行利用了恒電壓特性的電弧焊接。所謂與該主焊接接近的電流值是如前所述的例如240 350A，通過熔珠過渡形成電弧。但是，在本實(shí)施例中， 由于第二步驟是利用了恒電壓特性的焊接，因此不容易產(chǎn)生脈沖電流情況下那樣的電弧中斷，穩(wěn)定地形成電弧，在該電弧穩(wěn)定的狀態(tài)下，穩(wěn)定地形成熔化池。在形成了熔化池后的適當(dāng)時(shí)間點(diǎn)，轉(zhuǎn)移到第三步驟。在該第三步驟中，以主焊接的平均焊接電流值進(jìn)行脈沖電弧焊接。這時(shí)的熔滴過渡形式是熔珠過渡。在該第三步驟中，脈沖電流的平均焊接電流是220 340A，電弧電壓是32 39V。該焊接條件是通常的主焊接的條件，到焊接線的端部為止都在該條件下進(jìn)行焊接。另外，在圖1中，在第三步驟中，平均焊接電流與第二步驟同樣，但在第三步驟中焊絲的送給速度與第二步驟相比上升了。這是因?yàn)槿绻麖睦昧撕汶妷禾匦缘暮附忧袚Q到脈沖焊接，則脈沖焊接中的峰值電流比恒電壓特性中的電流高，即使是相同的平均焊接電流，脈沖焊接也能夠熔化很多焊絲，因此焊絲的送給速度快。這樣，通過脈沖焊接，與利用了恒電壓特性的焊接相比，提高了焊絲送給速度，使熔敷金屬的熔敷速度上升，能夠快速地進(jìn)行焊接。另外，與第一步驟的電流值相當(dāng)?shù)暮附z送給速度是3 Sm/min左右，與第二、第三步驟的電流值相當(dāng)?shù)暮附z送給速度是10 18m/min 左右。通常，在消耗電極式電弧焊接中，進(jìn)行焊接終端部的焊口(crater)處理。在該焊口處理中，例如使電流降低到100 200A，使電壓降低到15 27V，切換到短路過渡。另外， 焊接電流和電弧電壓是恒定值。對(duì)上述那樣構(gòu)成的本實(shí)施方式的消耗電極式電弧焊接方法的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖 4 圖7表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電流波形。在各圖中，下方的波形是左縱軸所示的焊接電流，上方的波形是右縱軸所示的電弧電壓。橫軸都是時(shí)間(ms)。圖4是第二步驟的焊接電流為220A的情況，圖5是第二步驟的焊接電流為250A的情況，圖6是第二步驟的焊接電流為280A的情況，圖7是第二步驟的焊接電流為360A的情況。都是在電弧啟動(dòng)后，在400ms轉(zhuǎn)移到第二步驟，進(jìn)而，在1300ms轉(zhuǎn)移到第三步驟。第二步驟為220A的情況(圖4)以及 360A的情況(圖7)中，焊接電流與發(fā)明內(nèi)容關(guān)于第二步驟的設(shè)定條件的規(guī)定有所偏離，因此，脈沖切換后的電壓稍有波動(dòng)。另外，如果第二步驟和第三步驟之間的焊絲送給速度較大，則難以取得切換后的熔化的平衡。 同樣，圖8表示了如圖2所示那樣，在短路過渡的電弧啟動(dòng)后沒進(jìn)行第二步驟而轉(zhuǎn)移到脈沖電弧的主焊接的情況下的電壓-電流圖形。如該圖8所示那樣，在電弧啟動(dòng)后(經(jīng)過短路過渡)馬上轉(zhuǎn)移到脈沖電弧的情況下，在電弧啟動(dòng)后，在200 600ms的期間產(chǎn)生了電弧中斷。與此相對(duì)，在本實(shí)施例中，如圖4 圖7所示那樣，從第一步驟開始到轉(zhuǎn)移至第二步驟為止，都沒有產(chǎn)生電弧中斷。另外，在第二步驟中，通過利用了恒電壓特性的焊接，以與主焊接相當(dāng)?shù)娜壑檫^渡的電弧形式進(jìn)行焊接，能夠得到充分的熔敷金屬。然后，從第二步驟平滑地轉(zhuǎn)移到第三步驟，通過第三步驟的脈沖焊接，高效地進(jìn)行主焊接。特別在滿足本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容關(guān)于第二步驟的設(shè)定條件的圖5和圖6的情況下，脈沖切換后的電壓穩(wěn)定，還能夠取得脈沖切換后的熔化的平衡。另外，在該第三步驟結(jié)束后，作為焊口處理，降低電流值，通過利用了恒電壓特性的焊接，以短路過渡來進(jìn)行焊接，用熔敷金屬填埋焊口部分的凹部。這樣，在使用了二氧化碳的消耗電極式電弧焊接的自動(dòng)焊接中，能夠使電弧啟動(dòng)時(shí)和焊口處理時(shí)的電弧穩(wěn)定，防止由于電弧中途切斷、因燒接造成的焊嘴與焊絲的熔接這樣的異常發(fā)生而自動(dòng)焊接中斷，降低了濺射發(fā)生量，容易形成焊道，焊道的外觀形狀良好。 另外，由于能夠縮短過渡到主焊接的時(shí)間，所以能夠防止電弧啟動(dòng)部分的熔深不合格的產(chǎn)生。在本發(fā)明中，能夠得到電弧的穩(wěn)定以及合適的焊道形狀，并且能夠迅速地過渡到主焊接，因此，對(duì)于希望盡量縮短短路過渡這種輔助期間的圓柱或管道的圓形焊接極其有效。
權(quán)利要求
1.一種消耗電極式電弧焊接方法，以二氧化碳為保護(hù)氣，其特征在于，包括在電弧啟動(dòng)后，以利用了恒電壓特性的短路過渡形式進(jìn)行電弧焊接的第一步驟； 然后，將焊接電流提高到熔珠過渡形式的電流范圍，仍然在恒電壓特性下進(jìn)行電弧焊接的第二步驟；和然后，在形成了熔化池的狀態(tài)下，將焊接電流切換到脈沖電流，以熔珠過渡形式進(jìn)行電弧焊接的第三步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，上述第一步驟在設(shè)定條件是焊接電流為100 200A、電弧電壓為15 27V、持續(xù)時(shí)間為0. 1 1. 0秒的條件下進(jìn)行焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，上述第二步驟在設(shè)定條件是焊接電流為240 350A、電弧電壓為29 38V、持續(xù)時(shí)間為0. 8 3. 0秒的條件下進(jìn)行焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，上述第三步驟在設(shè)定條件是平均焊接電流為220 340A、電弧電壓為32 39V的條件下進(jìn)行焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于，上述第一步驟在設(shè)定條件是焊接電流為100 200A、電弧電壓為15 27V、持續(xù)時(shí)間為0. 1 1. 0秒的條件下進(jìn)行焊接，上述第二步驟在設(shè)定條件是焊接電流為240 350A、電弧電壓為29 38V、持續(xù)時(shí)間為0. 8 3. 0秒的條件下進(jìn)行焊接，上述第三步驟在設(shè)定條件是平均焊接電流為220 340A、電弧電壓為32 39V的條件下進(jìn)行焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5的任意一項(xiàng)所述的消耗電極式電弧焊接方法，其特征在于， 還包括在上述第三步驟的脈沖電弧焊接后，使電流值降低，以利用了恒電壓特性的短路過渡形式對(duì)焊口部進(jìn)行電弧焊接的第四步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種消耗電極式電弧焊接方法。在本發(fā)明的二氧化碳保護(hù)氣體的消耗式電弧焊接方法中，包括在電弧啟動(dòng)后，以利用了恒電壓特性的短路過渡進(jìn)行電弧焊接的第一步驟；然后，將焊接電流提高到熔珠過渡形式的電流范圍(240～350A)，以恒電壓特性進(jìn)行電弧焊接的第二步驟；然后，在形成了熔化池的狀態(tài)下，將焊接電流切換到脈沖電流，在熔珠過渡進(jìn)行電弧焊接的第三步驟，在第二步驟和第三步驟中，作為熔珠過渡區(qū)域，以主焊接的送給速度送給焊絲。通過這樣的方法，在電弧的啟動(dòng)區(qū)間中，能夠防止電弧中斷、接觸焊嘴與焊絲的熔接，使電弧盡早地穩(wěn)定，并且能夠迅速地得到合適的焊道形狀以及熔深。
文檔編號(hào)B23K9/173GK102218589SQ20111009692
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者山崎圭, 松村浩史, 脅中秀人, 高田篤人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所